地铁隧道运营期沉降监测及分析

地铁隧道运营期沉降监测及分析
发表时间：2015-11-20T14:28:02.077Z 来源：《基层建设》2015年16期作者：陈林[导读] 青岛地铁集团运营分公司随着城市化进程的不断加快，轨道交通建设规模不断扩大，已将成为城市公共交通的重要支柱。

地铁隧道结构的安全愈显重要。

陈林
青岛地铁集团运营分公司 266000 摘要阐述地铁隧道内沉降测点、差异沉降点的布置和施测方法，以及沉降曲线拟合及分析，讨论隧道结构的沉降情况、规律及成因，为运营隧道的维修管理提供经验。

关键词地铁隧道；沉降监测；维修；管理前言
随着城市化进程的不断加快，轨道交通建设规模不断扩大，已将成为城市公共交通的重要支柱。

地铁隧道结构的安全愈显重要。

隧道变形的稳定可控是地铁安全运营的重要保障之一，隧道结构的变形监测是了解和掌握隧道结构变化、及时发现病害和判断其安全状况的必要方法和手段。

通过对地铁主体结构的监测，收集监测数据，记录整治方案，系统地整理、积累资料，及时掌握现有建成地铁工程运营的变形情况，不断总结经验教训，可为病害治理提供可靠依据，也可为今后相关工程设计、施工、运营维护单位借鉴。

1 沉降监测实施
地铁隧道运营期主要是监测隧道结构的底板沉降，实质上是对道床的监测，主要包括区间隧道的沉降监测和隧道与地下车站交接处的沉降差异监测。

1.1基准点与测点布设
地铁隧道结构的变形主要关注的是隧道相对区间两侧车站的垂直位移，因地下车站结构体较大，相对隧道要稳定得多，因此将车站内的所有工作基点组成监测基准网。

对于区间隧道，以设于区间两端车站内的基准点为基准，与两车站之间的上、下行隧道高程监测点分别组成附合水准路线; 对于折返线、出入段线隧道，则以一端车站上、下行线的基准点为基准，分别与上、下行线的各监测点组成闭合水准路线，按国家二等水准测量的技术要求施测。

隧道沉降监测点布设在道床的两轨之间，一般每隔30 m 左右设置1 个点，在小半径曲线、不同结构的接缝处、沉管隧道管节接头处等地方加密布设。

1.2水准观测技术要求
沉降变形测量等级选定为JGJ/T8～2007《建筑变形测量规程》中的二级，观测点测站高差中误差不大于0.5mm，往返校差、附合或闭合环线闭合差不大于0.60mm( n为测站数，高于二级精度) ，同时结合变形监测的具体特点，并采取“三固定”( 人员固定、站位固定、仪器固定) 的措施来提高观测精度。

2 隧道的沉降原因分析
引起隧道运营期的沉降因素很多，主要有地质因素、周边复杂环境及地面荷载变化显著等方面。

岩层风化程度和单轴抗压强度变化大，沿线地层变化剧烈，起伏大，地下水非常丰富，周边建筑施工时有发生。

地铁隧道结构的沉降主要由以下因素所致。

2.1 隧道下卧软弱地层
在下卧土层长期固结沉降的过程中，不同性质土层的固结沉降量差异很大，达到沉降稳定的所需时间也各不相同，导致隧道因为沿纵向土性分布不均匀而产生差异沉降。

2.2 隧道上方增加地面荷载
隧道建成后隧道下部土体的反力小于未修建隧道前此处土的自重应力，隧道下卧土层压缩模量比修建隧道以前有所降低，如在隧道上方增加荷载地面加载，受施工扰动的隧道下卧土层的长期次固结将继续。

2.3 隧道邻近建筑施工的影响在地铁控制保护区内进行的建筑施工都会引起地铁结构不同程度的沉降、位移及变形。

深基坑开挖过程实际上是卸载的过程，地铁隧道邻近的深基坑开挖对隧道的影响主要有：一是深基坑施工要抽走大量的水，从而引起地下水位的下降，各地层在水位下降诱发的附加应力作用下产生压缩，因不同地方压缩量不同从而引起隧道纵向的不均匀沉降，另外抽水也可能引起隧道下卧土层水土流失造成破坏性纵向变形; 二是基坑开挖引起围护的侧向位移和坑内隆起使得坑外地层沉降，导致隧道随之沉降;三是基坑开挖引起围护结构向基坑内的侧向水平位移，导致隧道发生挠曲变形。

2.4 隧道穿越的影响
随着城市轨道交通网的不断发展，使得不同隧道形成空间交叉穿越的现象越来越多，后续线路施工自然要穿越既有线路，另外，还有大量市政隧道( 或通道) 在地铁隧道附近或上下部穿越施工。

后建隧道对周围土体的扰动，会在隧道横向的地层中形成一个近似正态分布的沉降槽，导致已建隧道产生纵向的不均匀沉降，而在不同的地质条件下穿越施工会引起不同的隧道沉降。

2.5 建设期隧道施工工艺及质量
建设时期采用不同的施工设备、施工工艺、施工参数、注浆材料和施工过程中对环境扰动程度和扰动范围不同，由此而引起地铁投入运营后的地铁结构沉降变形影响不同。

盾构法隧道施工管片壁后的注浆填充程度、注浆材料对隧道的沉降稳定也密切相关，矿山法开挖及初支，盾构拼装管片作为二衬方法的特殊工法，施工时对管片与矿山法隧道初支间的空隙进行充填，由于施工工艺造成局部管片背后仍存在空隙，因而运营后随着列车运行的增多，上部荷载及振动不断增大，隧道沉降仍有可能继续发展。

2.6 地铁列车振动及隧道渗漏
地铁隧道在运营期间，受到地铁列车振动荷载的长期反复作用与隧道存在不同程度渗漏的影响。

研究表明:列车振动荷载引起的结构振动位移很小，但在列车振动荷载长期反复作用下，可能会引起隧道下卧的饱和砂土层液化、饱和黏土振陷、花岗岩残积土软化等。

列车动载引起的地基土沉降以塑性变形为主，在运行初期就达到相当大的沉降量，随着运行次数的增多，沉降的增加趋势逐渐减弱，但其长期累积作用不可忽视。

3隧道维修管理对策
隧道沉降不能掉以轻心，周边邻近建筑施工的影响、环境的变化等可能会造成隧道沉降的显著变化，必须保持密切的监控，并且结合日常检查、隧道专项检查、线路维护情况等分析，采取相应的措施。

3.1 隧道检查
从隧道及地下工程的维修经验看，通用维修管理模式是:检查→发现变异→推定变异原因→明确变异后结构物的健全度→制订相应的整治措施→整治。

采取“勤检查、早发现、少维修”的维修管理模式。

检查手段有日常检查(目视、敲击等) 、裂缝观察、沉降监测、衬砌(管片)的钢筋及混凝土无损检测、围岩检测等。

沉降监测采用每年两次例行沉降监测、结合加密监测、自动监测的模式。

加密监测是在例行监测中发现沉降异常后实施的，自动监测是在地铁隧道旁进行建筑施工活动时，为了及时准确地掌握施工过程对地铁隧道结构的影响，确保地铁隧道结构和地铁列车运营安全而采取的监测方法。

3.2 隧道沉降限值
对于地铁隧道邻近建筑施工引起的隧道沉降，可根据隧道的不同状况，把10～20mm作为隧道沉降的控制值，但在隧道已经有相当沉降量的情况下则需要专门评估分析。

对于沉降速率，日本铁路隧道的健全度评定办法是把变形速率达10mm/年者定为AA级(最严重级) ，《铁路桥隧建筑物修理规则》中也把隧道变形速率大于10mm/年者定为严重病害，需要立即查明原因，采取相应措施。

可以参考铁路的经验把沉降速率10mm/年作为一个极限值。

需要注意的是，不同地段的线路状况不一样，要密切关注隧道沉降大的地段的线路变化情况。

3.3 维修对策
维修管理中，在充分调查的基础上判定引起隧道沉降的主要原因十分重要，以便做到“对症下药”。

如果在相当长的时间隧道沉降不收敛，其沉降值或速率已接近限值，这时必须采取整治措施，针对不同原因采取不同的整治方法:由隧道下卧地层承载力不足的沉降，采取在隧道底注浆等方法提高其承载力，从而达到控制沉降的目的; 对于隧道上方增加的地面荷载，则必须减少、清除或者控制这些增加的荷载;对于影响隧道邻近、穿越的地铁施工，要严格控制其施工方案，如基坑施工不得大幅降水，优化基坑支护方案、开挖方案，调整其施工参数等，使其在施工完成后一段时间后隧道沉降达到稳定; 对于隧道管片后注浆不充分、砌衬有空腔等情况，采用充填注浆的办法进行加固;在维修过程中注意对隧道渗漏水的治理，及时封堵渗漏水大的处所，控制排水量，另外对轨道的波浪形磨耗要及时打磨，加强线路维护，减轻由于地铁列车振动及渗漏对隧道沉降的影响。

4结语
1) 用监测点沉降量和沉降速率曲线图，可客观、全面地展示和分析隧道全线的整体变形状态沉降的趋势，便于地铁管理部门的正确决策。

2) 地铁隧道沉降监测要注意长期积累数据，对累计沉降大的地段要结合工程地质及水文地质条件、地面建筑、沉降速率、收敛监测等综合分析评估，必要时采取相应的措施。

3)邻近的建筑活动等影响因素众多，因此必须加强地铁设施保护，严格控制地铁控制保护区内的施工。

4) 城市地铁隧道有一定的沉降在所难免，其结构承载能力的影响因素复杂，隧道沉降曲线半径监界值、隧道结构状态评估、结构剩余寿命的评估等还需作深入研究。

5) 应该在设计、施工阶段就考虑今后的隧道管理管理问题，有必要进一步完善现有隧道的维修管理模式、隧道的检查及检测方法。