地鐵隧道施工對既有隧道變形的控制

文/張子峰

地鐵隧道施工對既有隧道變形的控制

文/張子峰

中鐵一局城市軌道交通工程有限公司

隨著我國經濟的快速發展，城市的發展越來越迅速，進而促使建筑行業的發展。由于土地資源緊缺，不僅使得人們的住宅問題難以解決，還使得交通擁堵現象更加嚴重。這些都影響著城市化發展的進程。在這種情況下，人們想要緩解交通帶來的不便，只有從地下空間著手。于是地鐵作為新興的交通方式孕育而生了。地鐵的建設不僅僅減緩了交通堵塞現象，還提升了所在區域的生活水準，是一個城市發展的代表。地鐵在帶來方便的同時，也帶來一定的困擾。本文以從隧道施工的變形影響因素、地表沉降特征等角度，從以下幾個方面論述地鐵隧道施工對既有橋梁變形的控制。

地鐵隧道施工；既有橋梁；變形；控制

引言

隨著地下空間的不斷開發和利用，同時伴隨著“十三五”規劃的推進，國家及政府對基礎設施的資金、力度的大力投入和支持，城市地鐵施工成為重點建設項目，然而在暗挖隧道工程規劃與建設中，新建隧道下穿既有隧道類的施工項目隨之不斷增加，由于不同的地質條件、地形條件和運營情況等因素，這類工程在施工的過程中存在較大的安全隱患。

1 國內外研究發展現狀

至今，針對新建隧道下穿既有隧道的工程，國內外研究較少，多數是對單孔隧道和水平平行隧道采用數值模擬的方法分析研究并取得了一些成果，然而目前工程界對于小凈距、大角度間距等下穿隧道的受力機理、施工過程力學形態等規律的認識尚有不足，缺乏一定系統性的研究，局限于半經驗半解析解，在施工上較水平平行隧道更難于控制。因此急需要對此類隧道的設計與施工等關鍵技術展開可行性研究工作。國外對于這方面的研究，日本研究較為突出，其出版的《近接隧道施工的設計與指南》詳細分析了影響新建隧道與既有隧道的六大主要主要因素，包括：隧道的凈距、立面相對位置關系、新建隧道的規模、施工方法、地形和地質條件、既有隧道襯砌結構的施工質量。

2 地鐵隧道施工時影響地表變形的因素

2.1降水因素

降水導致地下水浮力改變。通常情況下，降水會使得其浮力降低，進而促使下層顆粒方位移動，最終出現地表下沉現象。可是在降水結束之后，浮力又會回歸，地表隨之上升。這樣的一個下沉、上升的過程，就會誘發地表變形。此外，在地表上面的既有建筑自然也會受到不同程度的影響。

2.2地下水位

因為隧道的開挖深度較大，在開展作業的過程中會觸及到地下水。如果遇到這種情況，只有實施水的抽離才能夠降低水位，接著作業。與此同時，新的問題也產生了，水位降低會促使土層含水量缺失。進而致使其空隙水壓不足，促使地表沉降現象發生。另一方面，在作業的過程中會出現一些“涌水”或作業結束后襯砌滲水。它們使得周邊地下水持續往里面進行補水，進而形成動水壓。這個時候地表的滲透壓力也隨之改變，進而引發地表變形。

2.3地鐵隧道開挖過程中的地層損失

該部分的損失是指隧道在作業過程中具體挖掘的土體積和工程結束之后隧道的體積間的差值。該部分的損失可以導致周邊土體產生變化，進而形成地表變形。地層損失是在作業時產生的，這就增添了作業的挑戰性，也使得上層橋梁的穩固性受損，相關部門需要嚴苛重視。

3 地鐵隧道施工對既有橋梁變形的控制

3.1隧道荷載分析

一般通過對隧道的荷載確定，才能根據隧道荷載范圍制定合理并科學的隧道結構設計方案以及好的施工措施和技術。然而在此類下穿隧道的施工中，荷載所采用的一般是圍巖的松動壓力。圍巖壓力的確定目前常用的方法有下列三種：第一，現場實地測量法，此類方法是研究的發展方向，也是一種以實際為出發點的方法，但是由于受到測量設備和技術水平的局限，其計算方法還存在好多不足之處，仍然不能普遍采用；第二，理論公式計算法，它基于相關理論運用實踐研究分析圍巖壓力的有效方法。由于圍巖地質狀態的改變，所用的計算參數難以取得確定的值，以及各種影響因素，要建立一種適合各種實際情況的通用圍巖壓力理論計算方法存在許多困難，因此也存在好些不足之處；最后是經驗法或工程類比法，即統計法，這類方法的實施必須以大量的前期勘測與資料統計為基礎，按不同圍巖分級提出圍巖壓力的經驗數值，并作為后建工程確定圍巖壓力的依據的方法。此類方法能夠較真實的反應圍巖壓力，故是目前使用較多的方法。對于隧道結構計算的結果不能直接用于荷載設計環節中，一方面，圍巖的物理學參數不能被準確測定；其次是由于隧道所受荷載由可變荷載和永久性荷載控制，且其量級比較大，不能準確計算出；另一方面，隧道的自承能力不僅是由圍巖自身所控制，還受施工時間、施工方法、支護形式等因素的影響。

3.2減少地下水位的下降幅度

地下水位的降低毫無疑問會使整個工程難度增加，地下水位下降會導致整個土層結構發生改變，從而引起地表大范圍的沉降。所以在地鐵隧道開挖的過程中既要保證工作的正常進行，又要盡量減少地下水的水位下降幅度。在遇到地下水滲漏的情況時，可采取水帷幕或者旋噴樁等方法阻斷地下水的繼續下滲。

3.3合理安排開挖尺度

如果地鐵隧道的施工場地穩定就可以很好地控制地表的變化，進而減少對既有橋梁的影響。所以，在開展地鐵隧道作業的過程中，要嚴苛依照相關要求科學設定其挖掘的尺寸。另一方面，一定要依照施工場地內的地質特點來科學設置相應的挖掘尺寸。此外，還可整合其他國家或者類似行業的施工經驗。透過相關調查發現，一般情況下，可以把隧道施工中斷面的開挖寬度保持在零點一倍。

3.4結合地形制定、選擇最優的施工方案

由于各地地形狀況不同，所以在施工過程中所遇到的狀況也會不相同的。施工方要根據不同地形在地質特征，制定出適合此類地形的施工方案，并結合有關專家的意見和建議，及時有效的改進方案，為施工的進行提供最優的施工方案。

4 結語

地鐵的修建能夠加快城市化的進程，然而地鐵是利用地下空間來發揮其應有的功能，所以會給地表變形產生一定影響，進而導致地表橋梁的變形。所以，在地鐵隧道施工過程中，加強對地鐵施工時給地表造成影響的控制，才能更好地改善人們的生活水平。

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

[2]劉巍.鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技術研究[J].城市建筑，2016，（23）：285

[3]胡群芳，秦家寶.2003—2011年地鐵隧道施工事故統計分析[J].地下空間與工程學報，2016，（03）.