方凱

城市地鐵群洞隧道施工地表沉降研究

方凱

二十一世紀是一個經(jīng)濟快速發(fā)展，科學技術(shù)高度繁榮的時代，在此種時代背景之下，任何事物的發(fā)展都需要以實際的社會需求作為基本發(fā)展標準，并且事物的發(fā)展需要最終落實在實際的生活使用過程當中。地鐵就是在此種發(fā)展背景之下所形成的一種社會基礎(chǔ)設(shè)施。但是其在實際的建設(shè)過程當中往往是地下施工，所以實際的施工過程當中將會引起地表沉降問題，而地表沉降問題在很大程度上將會對社會發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。因此，對城市地鐵群洞隧道施工地表沉降問題研究有著鮮明的現(xiàn)實意義。

一、隧道施工引起的地層損失，地面沉降問題

當城市當中的機動車數(shù)量與人口數(shù)量逐漸增加，地鐵在實際的應用當中便顯得異常的重要。但是因為地鐵是地下施工建設(shè)項目，所以在實際的施工過程當中，很容易出現(xiàn)地面沉降問題。首先來說，因為在實際的隧道施工過程當中，會對原有的地層進行大面積破壞，所以在施工過程當中很容易發(fā)生地面沉降問題。地面沉降問題在很大程度上會對城市的發(fā)展以及其他基礎(chǔ)設(shè)施帶來重大安全隱患，例如在實際的施工過程當中，地面沉降問題將會在很大程度上影響地面建筑群體的穩(wěn)定性。這是一個十分嚴重的問題。

盾構(gòu)方法的應用流程是在實際的施工過程當中，利用相關(guān)的機械對地下的土層進行開挖。然后將挖出的土運輸出去。但是我們需要了解到的是，實際挖掘出的土的體積在很大程度上與隧道的實際使用體積并不對等。因為在實際的施工過程當中，由于地下土層被進一步破壞， 所以開挖尺度會根據(jù)實際的開挖情況進行改變。

在盾構(gòu)施工過程的初期，開挖的地方會因為孔隙水壓的原因，其所具有的相關(guān)應力內(nèi)容會被進一步降低。而這個時候，隨著施工內(nèi)容的進一步完善以及施工過程、施工強度的進一步增加，最終發(fā)生的沉降問題是小幅度問題。但是隨著施工強度的進一步增加，隧道的開挖面積以及體積將會進一步增加，這樣其所具有的相關(guān)應力就會逐漸增加。應力的增加將會使地層出現(xiàn)沉降以及凸起問題。

在盾構(gòu)施工過程當中，為了可以讓開挖出來的泥土可以被順利地運輸?shù)酵饷?，所以會用千斤頂支撐起土層，這個時候的隧道上部土層結(jié)構(gòu)完好。但是如果將千斤頂撤出去之后，最終的土層結(jié)構(gòu)將會產(chǎn)生壓力沉降問題。并且在實際的施工過程當中，如果遇到了黏土施工，那么不僅僅是施工內(nèi)容難度進一步增加，同時土層結(jié)構(gòu)的改變會讓上部土層結(jié)構(gòu)發(fā)生變異。這樣就在更大程度上出現(xiàn)了地面沉降問題。

盾構(gòu)結(jié)構(gòu)施工當中，實際的工程指導內(nèi)容為軸線引導原則，基于實際施工表現(xiàn)來說，其必將會產(chǎn)生橢圓形施工問題。但原有的地底層被不斷地開挖之后，土體被不斷地運輸出去，實際施工過程當中形成的橢圓施工問題必將會導致原有的軸線發(fā)生偏移。如果偏差較小，那么最終影響到的地面波動并不會十分明顯。但是如果橢圓的角度與原有軸線之間的距離過遠，那么原有的理論角度會逐漸變大，這樣地面之上的承受力將會逐漸變小，因此地面沉降問題將會進一步嚴重。在實際的施工過程當中，其實不僅僅會遇到橢圓形施工內(nèi)容，還會遇到施工障礙物，而在實際的開挖過程當中，對于障礙區(qū)的清理與挖掘，也必將會導致其附近以及之上的土層發(fā)生不穩(wěn)定，而地面沉降的問題也會隨之發(fā)生。

其實在實際的施工過程當中，即使不出現(xiàn)橢圓施工或障礙物，機械在實際的開挖過程中的挖掘、運行也會對土層產(chǎn)生破壞。當土層經(jīng)常處于此種機械開挖負載環(huán)境之下，土層將會被進一步破壞，長久之后，沉降問題就會發(fā)生。

二、隧道施工引起的地面土體固結(jié)，壓密地面沉降問題

土體固結(jié)壓密實際上指的是土體在實際施工過程當中被挖動之后，因為實際的機械作用將會在很大程度上導致挖動之后的土體之間具有松散以及眾多的孔隙水壓，但是在實際的施工過程之后，土體當中所存在的孔隙水壓將會在環(huán)境作用之下慢慢蒸發(fā)最終消失，在此種作用之后，原有相對蓬松的土體就會沒有了孔隙水壓最終變得異常的結(jié)實，這樣也就形成了我們所說的結(jié)固壓密問題，當這種結(jié)固壓密問題出現(xiàn)之后，其實土體的結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，最終地面沉降的問題的就隨之出現(xiàn)。

眾所周知，實際的地鐵隧道相關(guān)工程施工其實在很大程度上是地下施工，并且其地下施工在實際的施工過程當中采用的施工方法都是盾構(gòu)法施工方式。所以在實際的施工過程當中，將會需要大量的機械對實際施工土體進行進一步的機械挖掘。這個時候，當土體被挖動了之后，在相關(guān)的機械作用以及實際的周圍空氣作用等因素的共同作用之下，原有的土體土層相對性結(jié)構(gòu)就會進一步出現(xiàn)孔隙水壓，當孔隙水壓在原有土層當中出現(xiàn)之后，那么原有的土層就會進一步變得松散。而在經(jīng)歷了大量的施工內(nèi)容之后，施工的原本周期將會被進一步增加，因為隧道的施工具有鮮明的層次性，因此在時間的不斷發(fā)展過程當中，原本孔隙水壓當中所具有的水汽將會被不斷地蒸發(fā)，這樣在水汽蒸發(fā)之后，原有土層的相對應力就會隨著水汽的逐漸減少而降低，這樣在實際的施工過程當中固結(jié)壓密以及變形的問題就隨之出現(xiàn)。所謂的固結(jié)壓密以及變形，其具體的表現(xiàn)為原有土體的結(jié)構(gòu)將會變得結(jié)實并且堅硬，當此種問題發(fā)生之后，地面當中的沉降問題就會形成。

而在實際的機械施工過程當中，因為機械會對土層進行挖動，所以在原本固結(jié)壓密的土體當中，將會進一步形成嚴重的土體破壞問題。當此種問題發(fā)生之后，原有土體的實際結(jié)構(gòu)強度將會被進一步削減，最終的作用結(jié)果就是將會逐漸形成土層當中的點到面之間的推移以及變形問題。當原本的土體結(jié)構(gòu)發(fā)生無形的移動以及變形之后，實際施工過程當中的盾構(gòu)施工的結(jié)構(gòu)牢固性將會受到極大程度的影響，并且還會伴隨著地面沉降問題的形成。當?shù)孛娉两祮栴}發(fā)生之后，則會對地表之上的建筑物、人類活動安全埋下潛在的危險隱患，而因為土體結(jié)構(gòu)崩壞、地面沉降問題而導致的相關(guān)事故發(fā)生數(shù)量也不在少數(shù)。

三、隧道施工引起的地表沉降槽系數(shù)變化，地面沉降問題

地表沉降當中的槽系數(shù)所產(chǎn)生進一步的變化將會對地面沉降的具體發(fā)生程度產(chǎn)生直接的影響。通過實際的應用以及研究我們會進一步發(fā)現(xiàn)，實際的地表沉降槽系數(shù)所具有的變化在很大程度上都將會受到盾構(gòu)埋深以及實際施工的盾構(gòu)半徑的直接影響。所謂的盾構(gòu)埋深其實上指的是實際的施工過程當中隧道施工所具有的實際深度，并不是理論深度。在實際的施工過程當中，因為所具有的開挖路段實際土層結(jié)構(gòu)不同，并且相關(guān)路段的實際應用內(nèi)容以及實際的設(shè)計不同，所以在實際的施工過程當中，其實每一個部分的相關(guān)盾構(gòu)深度是不一樣的。在實際的研究過程當中我們發(fā)現(xiàn)，不同的盾構(gòu)深度對于地面沉降程度的作用情況實際上也是不相同的，這與地表沉降所具有的槽系數(shù)之間具有一定的關(guān)系。在正常的情況下對其進行預計，當實際施工過程當中涉及到的盾構(gòu)施工實際隧道開挖深度越深，那么地表沉降的相對槽系數(shù)將會隨著其實際的應用而不斷地增大。這樣原有的地表沉降槽所具有的相關(guān)變化范圍也將會隨著深度的增加而逐漸增大，但是此種作用效果最終所具有的地面沉降程度則會不斷地減小。因而說地表沉降槽系數(shù)與地面沉降的程度有此長彼消的關(guān)系。也就是說盾構(gòu)施工深度越淺，則地表系數(shù)變化會隨之降低，地表沉降槽會隨之減小，而地面沉降程度會相對增大。

四、結(jié)語

隨著城市機車數(shù)量逐漸增加，地鐵在城市當中的作用越來越重要。這也是社會發(fā)展的必然需求。我們希望可以通過對其實際施工過程當中存在問題的研究進一步完善其在社會當中的重要地位。本文以上內(nèi)容針對城市地鐵群洞隧道施工地表沉降問題進行了簡要的研究。希望以上的內(nèi)容論述可以促進地鐵隧道施工建設(shè)進一步完善。

（作者單位：中交一航局第二工程有限公司）