地铁隧道施工对既有隧道变形的控制

文/张子峰

地铁隧道施工对既有隧道变形的控制

文/张子峰

中铁一局城市轨道交通工程有限公司

随着我国经济的快速发展，城市的发展越来越迅速，进而促使建筑行业的发展。由于土地资源紧缺，不仅使得人们的住宅问题难以解决，还使得交通拥堵现象更加严重。这些都影响着城市化发展的进程。在这种情况下，人们想要缓解交通带来的不便，只有从地下空间着手。于是地铁作为新兴的交通方式孕育而生了。地铁的建设不仅仅减缓了交通堵塞现象，还提升了所在区域的生活水准，是一个城市发展的代表。地铁在带来方便的同时，也带来一定的困扰。本文以从隧道施工的变形影响因素、地表沉降特征等角度，从以下几个方面论述地铁隧道施工对既有桥梁变形的控制。

地铁隧道施工；既有桥梁；变形；控制

引言

随着地下空间的不断开发和利用，同时伴随着“十三五”规划的推进，国家及政府对基础设施的资金、力度的大力投入和支持，城市地铁施工成为重点建设项目，然而在暗挖隧道工程规划与建设中，新建隧道下穿既有隧道类的施工项目随之不断增加，由于不同的地质条件、地形条件和运营情况等因素，这类工程在施工的过程中存在较大的安全隐患。

1 国内外研究发展现状

至今，针对新建隧道下穿既有隧道的工程，国内外研究较少，多数是对单孔隧道和水平平行隧道采用数值模拟的方法分析研究并取得了一些成果，然而目前工程界对于小净距、大角度间距等下穿隧道的受力机理、施工过程力学形态等规律的认识尚有不足，缺乏一定系统性的研究，局限于半经验半解析解，在施工上较水平平行隧道更难于控制。因此急需要对此类隧道的设计与施工等关键技术展开可行性研究工作。国外对于这方面的研究，日本研究较为突出，其出版的《近接隧道施工的设计与指南》详细分析了影响新建隧道与既有隧道的六大主要主要因素，包括：隧道的净距、立面相对位置关系、新建隧道的规模、施工方法、地形和地质条件、既有隧道衬砌结构的施工质量。

2 地铁隧道施工时影响地表变形的因素

2.1降水因素

降水导致地下水浮力改变。通常情况下，降水会使得其浮力降低，进而促使下层颗粒方位移动，最终出现地表下沉现象。可是在降水结束之后，浮力又会回归，地表随之上升。这样的一个下沉、上升的过程，就会诱发地表变形。此外，在地表上面的既有建筑自然也会受到不同程度的影响。

2.2地下水位

因为隧道的开挖深度较大，在开展作业的过程中会触及到地下水。如果遇到这种情况，只有实施水的抽离才能够降低水位，接着作业。与此同时，新的问题也产生了，水位降低会促使土层含水量缺失。进而致使其空隙水压不足，促使地表沉降现象发生。另一方面，在作业的过程中会出现一些“涌水”或作业结束后衬砌渗水。它们使得周边地下水持续往里面进行补水，进而形成动水压。这个时候地表的渗透压力也随之改变，进而引发地表变形。

2.3地铁隧道开挖过程中的地层损失

该部分的损失是指隧道在作业过程中具体挖掘的土体积和工程结束之后隧道的体积间的差值。该部分的损失可以导致周边土体产生变化，进而形成地表变形。地层损失是在作业时产生的，这就增添了作业的挑战性，也使得上层桥梁的稳固性受损，相关部门需要严苛重视。

3 地铁隧道施工对既有桥梁变形的控制

3.1隧道荷载分析

一般通过对隧道的荷载确定，才能根据隧道荷载范围制定合理并科学的隧道结构设计方案以及好的施工措施和技术。然而在此类下穿隧道的施工中，荷载所采用的一般是围岩的松动压力。围岩压力的确定目前常用的方法有下列三种：第一，现场实地测量法，此类方法是研究的发展方向，也是一种以实际为出发点的方法，但是由于受到测量设备和技术水平的局限，其计算方法还存在好多不足之处，仍然不能普遍采用；第二，理论公式计算法，它基于相关理论运用实践研究分析围岩压力的有效方法。由于围岩地质状态的改变，所用的计算参数难以取得确定的值，以及各种影响因素，要建立一种适合各种实际情况的通用围岩压力理论计算方法存在许多困难，因此也存在好些不足之处；最后是经验法或工程类比法，即统计法，这类方法的实施必须以大量的前期勘测与资料统计为基础，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，并作为后建工程确定围岩压力的依据的方法。此类方法能够较真实的反应围岩压力，故是目前使用较多的方法。对于隧道结构计算的结果不能直接用于荷载设计环节中，一方面，围岩的物理学参数不能被准确测定；其次是由于隧道所受荷载由可变荷载和永久性荷载控制，且其量级比较大，不能准确计算出；另一方面，隧道的自承能力不仅是由围岩自身所控制，还受施工时间、施工方法、支护形式等因素的影响。

3.2减少地下水位的下降幅度

地下水位的降低毫无疑问会使整个工程难度增加，地下水位下降会导致整个土层结构发生改变，从而引起地表大范围的沉降。所以在地铁隧道开挖的过程中既要保证工作的正常进行，又要尽量减少地下水的水位下降幅度。在遇到地下水渗漏的情况时，可采取水帷幕或者旋喷桩等方法阻断地下水的继续下渗。

3.3合理安排开挖尺度

如果地铁隧道的施工场地稳定就可以很好地控制地表的变化，进而减少对既有桥梁的影响。所以，在开展地铁隧道作业的过程中，要严苛依照相关要求科学设定其挖掘的尺寸。另一方面，一定要依照施工场地内的地质特点来科学设置相应的挖掘尺寸。此外，还可整合其他国家或者类似行业的施工经验。透过相关调查发现，一般情况下，可以把隧道施工中断面的开挖宽度保持在零点一倍。

3.4结合地形制定、选择最优的施工方案

由于各地地形状况不同，所以在施工过程中所遇到的状况也会不相同的。施工方要根据不同地形在地质特征，制定出适合此类地形的施工方案，并结合有关专家的意见和建议，及时有效的改进方案，为施工的进行提供最优的施工方案。

4 结语

地铁的修建能够加快城市化的进程，然而地铁是利用地下空间来发挥其应有的功能，所以会给地表变形产生一定影响，进而导致地表桥梁的变形。所以，在地铁隧道施工过程中，加强对地铁施工时给地表造成影响的控制，才能更好地改善人们的生活水平。

[1]易世刚.新建隧道下穿既有高铁隧道施工方案研究[J].山西建筑，2016，38（23）：206-207.

[2]刘巍.铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技术研究[J].城市建筑，2016，（23）：285

[3]胡群芳，秦家宝.2003—2011年地铁隧道施工事故统计分析[J].地下空间与工程学报，2016，（03）.