城市地铁隧道施工引起地面沉降问题探析

吴竟营

摘 要：随着国家社会与经济的迅猛发展，我国城市的交通业也随之不断开拓与发展，随着地面空间的不断占据与近于饱和的使用，地下空间的开发与利用逐步被得到重视与创建。盾构法施工是应用较为广泛的一种隧道施工法，由于地铁隧道的不断开发与施工，受到施工中各种因素的影响会导致地面发生沉降的问题，为了探讨城市地铁隧道施工引起的地面沉降问题，文章从地层损失、土体固结压密和地表沉降槽系数等三个方面对其进行了探讨和分析。

关键词：城市地铁；隧道施工；地面沉降

随着我国社会、经济的不断改革与发展，我国的城市交通事业也随之不断发展与建设，而城市地面交通的建设随着建筑群、文化广场、绿化带等的建设在扩建空间上比较有限，因而地下空间的开发逐渐被重视并得到利用。地铁隧道工程在城市建设中逐步被实施与建设中，在隧道施工中盾构法是全程施工的主导施工方式，它主要是将地面上的施工转移到地下施工，采取地下开凿地道，将传统顶涵施工与桥式盾构法进行综合改革而形成的一种地下实施的建筑施工方式。但在施工中，由于各种因素会导致城市地面发生沉降的现象，从而对地上楼群建筑、群众安全、各项经济活动等造成一定程度的影响及潜在危机。不仅引起人民群众的重视，也加大了市政、施工等各相关单位的重视与研讨。下面文章就城市地铁隧道施工引起地面沉降的几个相关问题进行探讨与分析，具体内容如下。

1 城市地铁隧道施工引起地层损失致地面沉降的问题

目前在城市地铁隧道的施工中，主要施行的建筑方法就是盾构法施工，盾构法施工时首先会利用机器将地下地层挖开，将大量土体挖出，在此过程中实际挖出去的土体面积与隧道的实际使用面积是不相符的，因为在施工中由于对地层的破坏会造成其大面积推移并引起沉降的情况。一般盾构施工初期，被挖的地层因孔隙水压的强度不大，所以应力较小，在刚施工时只会随着盾构施工的变化及施工地点的变化出现小幅度沉降。而随着施工进度的不断推移，隧道被挖开的面积不断增大，推动力及应力会逐渐增大，从而使地层出现大面积移动或出现地面凸起的现象。而在盾构施工中为了减小对土体的影响及便于运输车将隧道内挖出的土体运输出去，会采用千斤顶将土体地层支撑。但当千斤顶撤回时，由于压力作用会导致地层坍塌的情况出现，形成地面沉降现象。同时若施工中遇到粘土，对其施工不仅有困难而且会造成严重的地层影响，而地面会随之推移，从而造成沉降问题。在地铁隧道进行盾构施工时，施工的依据是轴线的引导，但在施工中一定会遇到椭圆形的施工地点，随着地层不断的被挖开，土体不断的运输，施工的轴线因椭圆的出现一定会出现偏差，但很小的偏差不会影响地面太大的波动，一旦椭圆的角度离轴线越远，角会随之越大，从而地面承受力会越小，形成的地面沉降现象会越严重。而在隧道施工中，不仅会遇到椭圆形施工地点，也会出现障碍物的阻挡，施工时由于机械的挖土一定会破坏障碍物地层的稳定性，不仅会造成障碍物的偏移，也会影响地面的沉降。同时在盾构施工中，机械不断的施工、挖土，本身地层就受到机械的破坏，加之车体的压力及摩擦都会造成对地层的影响，长久处于施工中的地层在严重的破坏与负载下，会出现地面沉降的问题。

2 城市地铁隧道施工引起地面土体固结压密致地面沉降的问题

土体固结压密是指土体在被挠动以后，由于机械作用会导致挠动以后的土体形成松散的孔隙水压，待挠动工作停止以后孔隙水压会慢慢蒸发消失，从而使蓬松的土体因孔隙水压的蒸发而变结实，造成土体出现结固压密的现象，致使沉降的出现。地铁隧道的施工是在地下，而目前施工方式均采用盾构法施工，首先需要大量的进行机械挖土，在土体被挠动以后，会由于机械的作用与周围空气等因素的干扰造成土体土层结构中形成孔隙水压，土层会变得松散。当大量施工结束后，由于时间的推移，孔隙水压中水汽的蒸发，土层的应力会随之逐渐减弱，导致土体会逐渐出现固结压密和变形的现象，土体变得结实、坚硬，从而使地面出现沉降情况。而在挠动施工过程中，由于土层被挠动，在造成最终土体固结压密的情况时，还会由于土体的被破坏，造成土体原有强度减弱，形成土层由点到面的推移和变形，无形的移动与变形不仅会对盾构施工的牢固性造成影响，也会使地面出现沉降的问题。地面沉降会造成周围建筑物、人类活动及相关经济活动安全的潜在危险，或因崩塌已造成严重事故的发生。

3 城市地铁隧道施工引起地表沉降槽系数变化致地面沉降的问题

地表沉降槽系数的变化与地面沉降的程度有一定的关系，而地表沉降槽系数的变化和盾构埋深与盾构半径有直接关系。盾构埋深指的是隧道施工的实际深度，根据地质与设计要求，每部分的盾构深度也不尽相同，但不同盾构深度造成地面沉降的情况也不相同，它与地表沉降槽系数有一定的关系。正常的预计，盾构施工的隧道深度越深，地表沉降系数会随之慢慢增大，而地表沉降槽的变化范围则会随之慢慢增大，造成地面沉降的程度会相对减小。因而说地表沉降槽系数与地面沉降的程度有此长彼消的关系。也就是说盾构施工深度越浅，则地表系数变化会随之降低，地表沉降槽会随之减小，而地面沉降程度会相对增大。但是，盾构半径与地表沉降槽系数的关系则反之，盾构施工半径越长，地表沉降槽系数则会随之宽度越大，盾构隧道施工半径扩宽，地表沉降槽系数则会随之增强，从而形成的沉降长度和宽度均会增大，从而造成对人类及生活的潜在影响。

4 结束语

国家在发展，城市在发展，交通事业必然需要发展，现在越来越多的城市地下交通被广泛开发、建设与使用，地下交通有效缓解了路面交通拥堵的状况，但也对人们的生活安全、周围群楼建设和经济活动造成了一定的潜在危险。地铁隧道的建设大多在城市繁华区的地下，地上有密集的建筑群与人，地下有错综复杂的管道、线缆，如果地铁隧道发生崩塌或下沉，则会严重影响周边的人们、建筑、管道及线缆等，不仅造成严重的事故，而且对施工进度也会产生影响。基于以上问题，文章对城市地铁隧道施工引起的地面沉降问题进行了探讨和分析，在地铁隧道施工中主要采用盾构法来进行建设，而施工是在黑暗的地下进行，因而需要大量的机械挖掘与运输才能将地下通道打开。所以在施工中由于对地层的破坏、土体因破坏形成固结压密、地表沉降槽系数随盾构施工深度及半径的变化，均会造成地面沉降的现象，也是导致地面沉降的问题所在。因而，相关部门应加强对地铁隧道施工引起地面沉降的问题进行探究，创建有利于交通事业稳固发展的方法，来推动交通事业的长久、持续发展。

参考文献

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