城市地鐵隧道施工引起地面沉降問題探析

吳竟營

摘 要：隨著國家社會與經濟的迅猛發展，我國城市的交通業也隨之不斷開拓與發展，隨著地面空間的不斷占據與近于飽和的使用，地下空間的開發與利用逐步被得到重視與創建。盾構法施工是應用較為廣泛的一種隧道施工法，由于地鐵隧道的不斷開發與施工，受到施工中各種因素的影響會導致地面發生沉降的問題，為了探討城市地鐵隧道施工引起的地面沉降問題，文章從地層損失、土體固結壓密和地表沉降槽系數等三個方面對其進行了探討和分析。

關鍵詞：城市地鐵；隧道施工；地面沉降

隨著我國社會、經濟的不斷改革與發展，我國的城市交通事業也隨之不斷發展與建設，而城市地面交通的建設隨著建筑群、文化廣場、綠化帶等的建設在擴建空間上比較有限，因而地下空間的開發逐漸被重視并得到利用。地鐵隧道工程在城市建設中逐步被實施與建設中，在隧道施工中盾構法是全程施工的主導施工方式，它主要是將地面上的施工轉移到地下施工，采取地下開鑿地道，將傳統頂涵施工與橋式盾構法進行綜合改革而形成的一種地下實施的建筑施工方式。但在施工中，由于各種因素會導致城市地面發生沉降的現象，從而對地上樓群建筑、群眾安全、各項經濟活動等造成一定程度的影響及潛在危機。不僅引起人民群眾的重視，也加大了市政、施工等各相關單位的重視與研討。下面文章就城市地鐵隧道施工引起地面沉降的幾個相關問題進行探討與分析，具體內容如下。

1 城市地鐵隧道施工引起地層損失致地面沉降的問題

目前在城市地鐵隧道的施工中，主要施行的建筑方法就是盾構法施工，盾構法施工時首先會利用機器將地下地層挖開，將大量土體挖出，在此過程中實際挖出去的土體面積與隧道的實際使用面積是不相符的，因為在施工中由于對地層的破壞會造成其大面積推移并引起沉降的情況。一般盾構施工初期，被挖的地層因孔隙水壓的強度不大，所以應力較小，在剛施工時只會隨著盾構施工的變化及施工地點的變化出現小幅度沉降。而隨著施工進度的不斷推移，隧道被挖開的面積不斷增大，推動力及應力會逐漸增大，從而使地層出現大面積移動或出現地面凸起的現象。而在盾構施工中為了減小對土體的影響及便于運輸車將隧道內挖出的土體運輸出去，會采用千斤頂將土體地層支撐。但當千斤頂撤回時，由于壓力作用會導致地層坍塌的情況出現，形成地面沉降現象。同時若施工中遇到粘土，對其施工不僅有困難而且會造成嚴重的地層影響，而地面會隨之推移，從而造成沉降問題。在地鐵隧道進行盾構施工時，施工的依據是軸線的引導，但在施工中一定會遇到橢圓形的施工地點，隨著地層不斷的被挖開，土體不斷的運輸，施工的軸線因橢圓的出現一定會出現偏差，但很小的偏差不會影響地面太大的波動，一旦橢圓的角度離軸線越遠，角會隨之越大，從而地面承受力會越小，形成的地面沉降現象會越嚴重。而在隧道施工中，不僅會遇到橢圓形施工地點，也會出現障礙物的阻擋，施工時由于機械的挖土一定會破壞障礙物地層的穩定性，不僅會造成障礙物的偏移，也會影響地面的沉降。同時在盾構施工中，機械不斷的施工、挖土，本身地層就受到機械的破壞，加之車體的壓力及摩擦都會造成對地層的影響，長久處于施工中的地層在嚴重的破壞與負載下，會出現地面沉降的問題。

2 城市地鐵隧道施工引起地面土體固結壓密致地面沉降的問題

土體固結壓密是指土體在被撓動以后，由于機械作用會導致撓動以后的土體形成松散的孔隙水壓，待撓動工作停止以后孔隙水壓會慢慢蒸發消失，從而使蓬松的土體因孔隙水壓的蒸發而變結實，造成土體出現結固壓密的現象，致使沉降的出現。地鐵隧道的施工是在地下，而目前施工方式均采用盾構法施工，首先需要大量的進行機械挖土，在土體被撓動以后，會由于機械的作用與周圍空氣等因素的干擾造成土體土層結構中形成孔隙水壓，土層會變得松散。當大量施工結束后，由于時間的推移，孔隙水壓中水汽的蒸發，土層的應力會隨之逐漸減弱，導致土體會逐漸出現固結壓密和變形的現象，土體變得結實、堅硬，從而使地面出現沉降情況。而在撓動施工過程中，由于土層被撓動，在造成最終土體固結壓密的情況時，還會由于土體的被破壞，造成土體原有強度減弱，形成土層由點到面的推移和變形，無形的移動與變形不僅會對盾構施工的牢固性造成影響，也會使地面出現沉降的問題。地面沉降會造成周圍建筑物、人類活動及相關經濟活動安全的潛在危險，或因崩塌已造成嚴重事故的發生。

3 城市地鐵隧道施工引起地表沉降槽系數變化致地面沉降的問題

地表沉降槽系數的變化與地面沉降的程度有一定的關系，而地表沉降槽系數的變化和盾構埋深與盾構半徑有直接關系。盾構埋深指的是隧道施工的實際深度，根據地質與設計要求，每部分的盾構深度也不盡相同，但不同盾構深度造成地面沉降的情況也不相同，它與地表沉降槽系數有一定的關系。正常的預計，盾構施工的隧道深度越深，地表沉降系數會隨之慢慢增大，而地表沉降槽的變化范圍則會隨之慢慢增大，造成地面沉降的程度會相對減小。因而說地表沉降槽系數與地面沉降的程度有此長彼消的關系。也就是說盾構施工深度越淺，則地表系數變化會隨之降低，地表沉降槽會隨之減小，而地面沉降程度會相對增大。但是，盾構半徑與地表沉降槽系數的關系則反之，盾構施工半徑越長，地表沉降槽系數則會隨之寬度越大，盾構隧道施工半徑擴寬，地表沉降槽系數則會隨之增強，從而形成的沉降長度和寬度均會增大，從而造成對人類及生活的潛在影響。

4 結束語

國家在發展，城市在發展，交通事業必然需要發展，現在越來越多的城市地下交通被廣泛開發、建設與使用，地下交通有效緩解了路面交通擁堵的狀況，但也對人們的生活安全、周圍群樓建設和經濟活動造成了一定的潛在危險。地鐵隧道的建設大多在城市繁華區的地下，地上有密集的建筑群與人，地下有錯綜復雜的管道、線纜，如果地鐵隧道發生崩塌或下沉，則會嚴重影響周邊的人們、建筑、管道及線纜等，不僅造成嚴重的事故，而且對施工進度也會產生影響。基于以上問題，文章對城市地鐵隧道施工引起的地面沉降問題進行了探討和分析，在地鐵隧道施工中主要采用盾構法來進行建設，而施工是在黑暗的地下進行，因而需要大量的機械挖掘與運輸才能將地下通道打開。所以在施工中由于對地層的破壞、土體因破壞形成固結壓密、地表沉降槽系數隨盾構施工深度及半徑的變化，均會造成地面沉降的現象，也是導致地面沉降的問題所在。因而，相關部門應加強對地鐵隧道施工引起地面沉降的問題進行探究，創建有利于交通事業穩固發展的方法，來推動交通事業的長久、持續發展。

參考文獻

[1]繆林昌，王非，呂偉華.城市地鐵隧道施工引起的地面沉降[J].東南大學學報（自然科學版），2008（2）.

[2]任建喜，李慶園，鄭贊贊，等.盾構誘發的地表及鄰近建筑物變形規律研究[J].鐵道工程學報，2014（1）.

[3]黎永索，陽軍生，鄧宗偉，等.盾構隧道下穿地下建筑物時的地表沉降分析[J].防災減災工程學報，2013（6）.

[4]崔鐵軍，馬云東.基于土壓平衡盾構施工的雙層地鐵隧道引起地面沉降分析[J].中國安全生產科學技術，2013（12）.

[5]楊再興.紅土地區地鐵暗挖隧道施工地表沉降規律研究[J].中國安全生產科學技術，2014（1）.

[6]薛曉輝，宿鐘鳴，孫志杰.基于地層損失理論的盾構隧道沉降分析及控制措施研究[J].科學技術與工程，2013（32）.