浅埋暗挖大断面矩形隧道施工中地面变形规律研究

摘要：浅埋大断面矩形隧洞是目前我国城市地下空间发展的一项重要工程。但是，浅埋大断面矩形隧洞的施工工艺复杂，周边环境敏感，因此，对地面变形进行有效控制是目前迫切需要解决的难题。地面变形不但对周围建筑及基础设施产生重大影响，而且会引起一系列的社会问题与经济损失。基于此，探讨浅埋暗挖大断面矩形隧道施工中地面变形规律与优化措施有着积极的现实意义。

关键词：浅埋暗挖"大断面矩形隧道"地面变形"核心

Study"on"the"Ground"Deformation"Law"in"Shallow"Underground"Excavation"Large-Section"Rectangular"Tunnel"Construction

LUO"Lang

Shenzhen"Municipal"Group"Co."，"Ltd.，"Shenzhen，"Guangdong"Province，"518000"China

Abstract："The"shallow"underground"excavation"large-section"rectangular"tunnel"is"an"important"project"for"the"development"of"urban"underground"space"in"China."But"its"construction"technology"is"complex，"the"surrounding"environment"is"sensitive，"therefore，"effective"control"of""ground"deformation"is"an"urgent"problem"that"needs"to"be"solved."Ground"deformation"not"only"has"a"great"impact"on"the"surrounding"buildings"and"infrastructure，"but"also"causes"a"series"of"social"problems"and"economic"losses."Based"on"this，"this"paper"discusses"the"law"of"ground"deformation"and"optimization"measures"in"the"construction"of"shallow"underground"excavation"large-section"rectangular"tunnel.

Key"Words："Shallow"underground"excavation;"Large-section"rectangular"tunnel;"Ground"deformation;"Core

大断面浅埋暗挖矩形隧道的难点是如何对地面变形进行有效地控制，从而保证施工的安全性及周围环境的稳定性。地面变形不但会对地下建筑物和地下管线产生严重的危害，而且会导致隧道结构不稳定。因此，研究地面变形的规律具有十分重要的意义。传统的建设方式已很难适应当今城市高密度建筑与复杂地下管网的建设需求，而浅埋暗挖具有对地表扰动小、施工灵活多变等优势，已逐步成为城市隧道建设的首选。浅埋暗挖大断面矩形隧道的整体施工质量受地层应力分布、变形方式、施工工艺的选取等诸多因素的影响较大，所以，对浅埋暗挖大断面矩形隧道施工进行分析并探索优化措施具有积极的现实意义。

1"浅埋暗挖大断面矩形隧道开挖方法

1.1分段挖掘法

分段开挖法是大断面浅埋暗挖矩形隧道常用的一种施工技术，采用分段开挖的方法，将隧洞的横断面分为多个区段，分段开挖、支护（如图1所示）。其最大的优势是可以有效地控制地面变形，降低地表沉陷[1]。在实际工程中，先将隧洞的横断面分成几个区段，按照施工次序逐个开挖。每次开挖后，均应及时采取措施，保证开挖面的稳定。在地质条件比较复杂、地下水位较高、隧道断面较大时，尤其适合采用分部开挖法。分阶段开挖可以有效地减轻围岩的应力，防止大面积塌方。同时，由于单次挖掘范围小，施工人员能够更好地掌握施工进度与支护质量。但是，分段掘进方式也面临着建设周期长、机械化程度不高等问题。所以，在施工过程中，要结合具体的工程条件，对各方面因素进行综合考虑，合理地确定分段开挖范围与分段施工顺序。

1.2阶梯法

阶梯法的基本特征是将隧洞横断面划分为上、下两段或多段，分段开挖、支护。其核心是分步卸压，降低地表塌陷风险。在施工过程中，先开挖上台阶，后支护，而后开挖下台阶，并及时支护。此法可应用于复杂的地质条件和较高的地下水位[2]。采用阶梯法可以有效地控制地面变形，减小对周边环境的影响。同时，由于单次挖掘范围小，施工人员能够更好地把握工程整体质量。但是，在工程实践中，应对台阶的高度、宽度进行科学规划，并安排合理的开挖次序，同时要加强现场的监控与管理，以保证工程的安全与稳定。同时，施工小组也要结合现场的具体条件，对基坑的开挖计划进行适当的调整，以保证项目的顺利进行。

1.3中隔壁法

中隔壁是一种常用的大断面浅埋暗挖矩形隧道开挖方式，其基本特征是在隧洞中增设中隔墙，将隧洞分成多段，逐层开挖支护。中隔墙技术的关键是利用中隔墙的支承来减轻地层压力，提高施工安全性。在施工过程中，先在隧洞中段设中隔墙，将隧洞划分为左、右两段，再进行开挖、支护。中隔墙技术尤其适合于复杂的地质条件和较高的地下水位。该技术的最大优点是可以有效地控制地面变形，避免地面塌陷等灾害。但是，中隔墙技术也面临着建设周期长，机械化程度不高等问题。所以，在施工过程中，要结合工程实际，对隔墙的位置、大小进行科学地规划，对施工次序进行合理地安排，同时要加强对施工现场的监控与管理，保证各基坑的稳定性与安全性。

2"浅埋暗挖隧道对周边地层影响与变形规律

2.1地表沉降与变形规律

在大断面浅埋暗挖矩形隧道施工中，最主要的影响就是地层的沉降变形。隧洞施工对原地层结构造成了一定程度的破坏，导致地层应力的再分配，从而造成了地层的沉陷。这类沉降变形一般以地面及地层的不同程度沉陷为特征。地面沉降曲线总体上呈钟型，其最大沉降量发生在隧道轴线的正上方，然后向两边递减。在地下工程中，既有地面沉陷，又有隧道周围一定深度的地层沉陷。在工程建设过程中，地基沉降不断积累，直到某一稳定值。地层沉陷与隧道埋深、地层性质和施工方法有很大关系，如软岩层的沉降量大，硬岩层的沉降量小。在工程建设中，若采用不合理的开挖、支护方法，将加重地基的沉陷。因此，在浅埋暗挖隧道建设过程中，地表沉陷是一个需要严密监控的重要参数，对其进行合理的沉降变形分析，将有助于指导工程的顺利进行。

2.2地层水平位移变形规律

在大断面浅埋暗挖矩形隧道施工中，除地层沉降外，地层水平位移也是主要的变形特征。隧道开挖引起的地层应力松弛与再分布，是造成地层侧向位移的主要原因。一般情况下，基坑开挖初期，土体的水平变形不大，但随着开挖面的推进，土体的水平位移不断增大，并在一定范围内保持不变[3]。地层的水平位移大小与地层性质、隧洞断面大小和开挖方式有很大关系。软岩层的水平位移一般都很大，硬岩层的水平位移很小。随着巷道断面的增大，地层的水平变位也相应增大。通过合理的支撑措施，可以有效地控制地层的侧向变形，防止因过度的水平位移而影响地层的稳定与邻近建筑的安全。研究地层的水平位移与变形规律，可为隧道工程的支护设计与施工技术的优化提供理论基础。

2.3地层裂隙和破坏规律

在大断面浅埋暗挖矩形隧道施工中，地层开裂与失稳是一个不容忽视的问题。隧洞施工会引起围岩内部的应力再分配，从而在围岩中形成新的裂缝或使原有裂缝扩大。围岩裂缝的发育特征：隧洞施工初期，围岩裂纹多发生在围岩应力集中的区域，随开挖的推进，裂纹会逐渐向外延伸，最终在围岩内部产生破坏区域。地层裂缝的发生与发育与地层性质、断面尺寸、开挖方式有很大关系。在弱层中，裂缝更容易出现并扩展，但在硬岩层中，裂缝的生成与发展却很缓慢。另外，随着巷道断面的增大，巷道在施工中出现的裂缝与损伤也会随之加剧。采取有效的支撑措施，可以延缓岩层裂缝的形成与发展，维护岩层的稳定。

2.4地层侧向压强的变化特征

在大断面浅埋暗挖矩形隧道施工中，地层侧压力的改变是影响隧洞开挖质量的主要原因之一。隧洞开挖改变了原来的平衡状态，其规律：在掘进初期，围岩侧压力会降低，但随着掘进深度的增加，围岩侧压力会逐步回升，最终趋于稳定。地层侧压力与地层性质、断面尺寸、开挖方式有很大关系。软岩层的侧向压力随土层深度的增加而增大，而硬土层的侧向压力变化不大。另外，随着巷道断面的增大，围岩侧压力的变化范围也随之增大。通过合理的支护措施，可以有效地抑制围岩侧压力的变化，防止因侧向力太大而对围岩及围岩稳定产生不良影响。

3"浅埋暗挖大断面矩形隧道施工的优化措施

3.1优化施工方案设计

对于大断面浅埋暗挖矩形隧道施工，必须先对其施工方案进行整体优化。完善的工程地质勘察、合理的工程设计是实现工程质量优化的关键。通过详细的工程地质勘察，获得了工程场地的水文、地层结构、土壤性质等资料，为工程的设计提供了可靠的基础。在进行掘进时，要综合考虑断面型式、支护结构、开挖顺序、开挖方式等多方面的因素，选用最适宜的施工工艺。例如：采取分段开挖等方法，可以减小对地层的干扰，降低地面的沉陷与变形。

3.2加强施工过程的监控

在大断面浅埋暗挖矩形隧道工程实践中，对施工过程进行监控，可以确保工程的安全与质量。通过对隧道周围地表、地下结构及支撑体系的实时监控，能够及时发现并解决工程中存在的各类问题[4]。可以在围岩中设置位移仪、应力仪、裂隙测量仪等多种检测手段，实现对围岩及周边环境的全面监控。通过对现场监测结果的分析，使技术负责人能根据实际情况，及时调整施工方案，预防安全事故。同时，通过监测和测量，可以对工程的实施情况进行评价，为以后的工程建设提供参考。

3.3改进施工机械设备

施工机械的合理选择与应用直接关系到工程的效率与质量，通过对工程机械的合理布置，可以有效地提高工程建设的效率，控制地表变形。采用全断面掘进机、水力支护等先进施工机械装备，可以显著提高施工效率，保证施工的稳定性、安全性和可靠性。同时，要定期做好工程机械的维修工作，保证工程机械的正常运行，降低机器出现故障对工程的影响。同时，在工程建设中，要结合工程的具体条件，灵活地进行各种机具的配置与运用，最大限度地发挥其功能，从而达到最大的经济效益。另外，必须对施工队伍进行专门的训练，熟悉各种机具的使用方法，以保证工程机械设备的高效、安全运行。通过对工程机械进行了改造，使工程的效率、质量得到改善，同时也降低了地表变形的风险。

3.4支护结构的优化设计

在大断面浅埋暗挖矩形隧道工程中，支护结构是确保工程安全与质量的重要组成部分。通过对支护结构进行合理的设计，可以有效地改善巷道的稳定性与耐久性，减少施工对地表变形的影响。支护结构的具体内容包括应用预制板、喷射混凝土、锚杆支护等新型支护材料及结构型式，使其具备高强度、高耐久性，可有效支撑隧道结构，避免坍塌、变形等。在工程建设中，要严格按设计规范施工、安装，以保证支护结构的质量与效果。同时，在支护结构设计中，还应该明确具体的施工技术与操作规范，以保证基坑支护的施工质量。通过对其进行合理的支护设计，可以有效地提高其安全稳定度，延长其服役寿命。

4"结语

通过对大断面浅埋暗挖矩形隧道的开挖地表变形规律进行系统研究，掌握不同施工阶段的地表变形特点与影响因素，相关人员可以采用合适的施工工艺与支护方式，有效地控制地表下沉与变形，保证工程安全及周围环境的稳定。随着施工技术的不断发展，对于地表变形的控制方法也会越来越完善，从而为安全、经济的隧道工程施工提供更多的保障。

参考文献

[1]李建贺，许然，高仝，等.浅埋暗挖隧洞下穿高速公路路基沉降控制[J].清华大学学报（自然科学版），2024，64（7）：1252-1263.

[2]崔凌岳，王福文，孙铁成.浅埋暗挖交叉相贯隧道施工力学行为试验研究[J].建筑科学与工程学报，2024，41（2）：115-123.

[3]乔洪磊，梁祖铨，耿建仪，等.城市轨道交通隧道矿山法暗挖侧穿高架桥的施工影响[J].城市轨道交通研究，2023，26（11）：127-131.

[4]程争民，张波波，赵晋龙，等.CRD法和CD法施工对浅埋暗挖大断面矩形隧道围岩变形的影响[J].四川建材，2021，47（3）：91-92.

[5]詹涛，吴波，吴兵兵，等.紧邻浅埋暗挖地铁隧道地下密集管线及土层变形[J].科学技术与工程，2023，23（11）：4755-4764.