地鐵隧道縱向變形影響因素與控制對策研究

李 磊

（華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510640）

地鐵改善了城市交通的結構布局，深刻影響城市居民的工作與生活，然而地鐵隧道縱向變形帶來的安全隱患卻不容忽視。隧道施工與建設是地鐵項目的基礎，加強隧道質量控制，對其縱向變形問題進行分析與探究具有重要意義。相關人員應合理分析影響地鐵隧道變形的主要因素，并探究相關的解決措施，保證城市地鐵項目建設的安全性與穩定性。

1 隧道項目縱向變形概述

由于隧道施工的復雜性，通常采取盾構法對其進行安全建設工作，對于隧道襯砌各環節的連接部分均有螺栓進行固定，以此保證結構穩定。然而，受到外力作用的影響，地鐵隧道可能發生縱向變形的問題，進而出現裂縫或漏水現象，影響地鐵線路的正常運營。實踐工作中，地鐵隧道建設與施工環境復雜，引發隧道變形的因素較多，文章在隧道外壁的附加載荷、隧道底層土體的不均勻沉降、地鐵樁基的結構穩定性三個方面，對縱向變形因素進行分析與研究。地鐵隧道工程是一項安全標準要求極高的項目，需要對其縱向變形進行有效的控制，為此，廣東省相關部門對地鐵項目隧道建設進行了嚴格要求，規定地鐵周邊環境加卸載引起隧道總位移不得超過20mm，并且隧道變形曲率半徑應大于15000m[1]。

2 地鐵隧道縱向變形的影響因素

2.1 隧道外壁的附加載荷

地鐵建設完成后，周邊項目施工與降水對地鐵隧道外壁的附加載荷形成較大壓力。以廣東省地鐵項目的建設為例，在進行洼地填平和土方挖掘的工作中，相關人員對地表載荷變化引發的隧道縱向變形進行了實地測量。發現每次施工地鐵周邊地表結構的荷載增量約為15kPa，施工完成后，載荷增量達到75kPa，而此時隧道經過負載加荷后，總沉降量達到110mm[2]。實際中，由于隧道處于不透水的土層，因此降水導致的地表水位上升，會加大隧道結構的負載。針對砂土而言，水位上升還會導致土體膨脹，由此對地鐵隧道造成應力作用，對其縱向變形造成威脅。

2.2 底層土體不均勻沉降

在隧道預埋深度和盾構施工條件一定的情況下，隧道底層土體對施工過程中發生的擾動、回彈和沉降的表現不同，因此，底層土體的結構與性質對隧道的縱向沉降具有重要的保護作用。實踐工作中，部分隧道沿線底層土體的性質與分層問題，直接影響隧道的沉降變形發生概率。以廣東省地鐵項目施工為例，由于區域地理位置臨近海洋，隧道下臥土層會有黏質粉土和淤泥質黏土，部分線路隧道經過長時間使用后，其沉降量已經達到100mm，而其臨近的站臺位置沉降量為50mm，由此，出現了隧道底層土體不均勻沉降問題。其具體的沉降特征表現如圖1所示。

圖1 隧道底層土體沉降情況

通過圖1可知，隧道底層土體中間沉降段呈直線型變化，出現上部向下彎曲、下部向上彎曲的典型縱向變形沉降特征。

2.3 建筑物樁基長期沉降

樁基的沉降主要是由于樁間土壓縮變形、樁端以下地基松軟造成的，樁基的長期沉降會對地鐵隧道縱向變形構成威脅。實踐工作中，由于土體剪切效應的存在，樁基的沉降行為必然會引發周邊土壤的整體運動，從而形成以樁基為中心的位移場，進而造成對地鐵隧道的影響。以廣東省中高層建筑的樁基為例，其基樁長度多在30～70m，因此，樁基沉降導致的土體剪切影響范圍在50～100m。在此范圍內，地鐵隧道會受到樁基長期沉降的影響，為縱向變形留下安全隱患。

2.4 隧道振動和地震破壞

隧道項目運營使用過程中，會受到地鐵列車本身的影響，列車行進中產生振動波對隧道結構穩定具有間歇性影響，因此需要考慮隧道共振效應引發的隧道縱向變形問題。此外，由于地鐵隧道與地下結構的關系較為緊密，一旦發生地震，隧道會受到直接影響，進而導致地鐵隧道的縱向變形。同時，具體建設中由于地質環境的差異，隧道的總體軸線彎曲，地震發生時，其隧道的縱向變形呈現不均勻的特點，由地鐵運行振動和地震引發的隧道變形，情況較為復雜，對其進行有效控制的難度較大。

3 控制地鐵隧道縱向變形的有效對策

3.1 控制外壁載荷能力

為有效控制由隧道外壁附加載荷因素引發的縱向變形問題，技術人員應加強安全控制措施的應用，在實際的施工與建設中，應對現場作業環境進行嚴格的管理與限制，并應用先進的隧道施工技術，例如盾構擠壓推進施工，以期提高技術應用標準，增加隧道外壁的受力強度。實踐工作中，管理人員應重點控制隧道附近基坑的挖掘工作，避免因項目施工不合理造成地鐵隧道外壁的附加載荷增大，對縱向變形構成安全隱患。為加強對地鐵隧道的安全控制工作，廣東省地鐵管理部門規定，在地鐵工程外邊線直徑3m之內不得進行任何項目規劃與施工，以此保證隧道外壁有效的載荷能力。此外，廣東省地鐵保護技術標準中，還對地鐵周邊的建筑施工進行了嚴格規定，要求建筑垂直載荷以及降水等原因引發的隧道外壁附加載荷不得大于20kPa，以此提高隧道項目建設的安全性，為人們的出行安全提供有效保障。針對降水問題引發的隧道載荷威脅，技術人員應做好隧道周邊的防水工作。隧道投入運營前，還應對其進行水位應力測試，保證其整體性能穩定。實踐中，水位上升或下降會影響隧道周邊土體的有效應力，地鐵隧道設計人員應充分考慮這一因素，并加強技術應用力度，保證隧道穩定性，避免其發生縱向變形。

3.2 加固隧道底層土體

針對隧道建設與使用中由于底層土體發生的不均勻沉降問題，相關人員應提高重視，并采取高科學有效的技術手段，對隧道底層土體進行加固處理，以此提升地鐵隧道應用的安全性與穩定性。實踐工作中，隧道施工技術人員應根據區域內地質結構的具體狀況，選擇合理的施工技術，并對盾構施工中引發的底層土體擾動、回彈和沉降問題進行重點把控，加強施工技術應用的合理性[3]。同時，應對底層土體進行加固處理，并利用有效的防護技術對隧道與站點連接的部分進行加固處理，保證其受力情況的一致與均勻，避免發生不均勻沉降，引發隧道結構的變形與裂縫。而相關技術科學有效應用，也提升了我國地鐵項目隧道施工建設水平，為人們出行的安全提供有力保障。實踐表明，底層土體的不均勻沉降引發的隧道縱向變形是目前地鐵項目管理與施工控制的關鍵因素，相關工作人員應給予足夠重視，注重應用最新的科學技術對現有的技術標準進行升級與完善。具體工作中，應對隧道下臥土體結構進行技術處理，通過先進的灌漿技術促使土體達到項目建設要求，以此合理控制隧道的縱向變形問題，為相關治理工作提供可靠的建議和參考。以廣東省地鐵項目為例，在進行隧道建設時，對底層結構中的黏質粉土和淤泥質黏土進行了有效治理，進而保證了土體結構的穩定性，為地鐵隧道項目施工帶來了極大便利。同時，相關措施的應用也為類似地質結構城市的地鐵項目提供借鑒，實現了我國地鐵項目施工技術的顯著提高。

3.3 保持樁基結構穩定

保持樁基結構穩定，對地鐵周邊的建筑物進行檢測與管理，是預防地鐵隧道縱向變形的重要舉措。實踐工作中，地鐵項目隧道安全人員應加強對樁基結構的管理與檢測力度，對建筑物樁基結構的長期沉降問題進行有效的研究與分析，并根據以往的經驗和現有的科學技術對其造成的影響進行有效預估，進而保證地鐵隧道項目施工與建設中的安全性。樁基結構的長期沉降，是影響地鐵隧道結構穩定的重要因素，也是施工與建設中需要考慮的難點與重點，為此，工作人員應給予相關控制技術足夠重視，提高地鐵隧道的安全性與穩定性。廣東省地鐵項目施工與建設中，為有效避免建筑物樁基長期沉降對隧道的影響，對隧道周邊進行了技術加固，并綜合應用了盾構擠壓施工法，對隧道結構進行處理，以期提升其內部結構的穩定性，有效應對建筑物樁基結構長期沉降造成的應力效應。在隧道項目的投入運營前期，廣東省相關部門針對地鐵隧道進行應力測試，以此保證項目符合安全應用標準。

3.4 強化隧道施工技術水平

針對地鐵隧道項目受到的不可抗力因素影響，技術人員應對項目本身進行管理與控制，注重應用先進的施工技術與質量控制方案，提高隧道的整體強度，并注重對地鐵項目的整體進行加固與穩定處理，進而提高工程的防震性能。以廣東省的地鐵項目施工建設為例，為有效提升地鐵項目運行的穩定性，技術人員在進行站點和隧道的建設中，綜合應用了防震技術與加固技術，并對隧道項目的施工的連接部分進行重點的管理與控制，以此全面提升地鐵隧道工程施工作業的安全性與可靠性，為行業內施工技術水平的進步貢獻了主要力量[3]。總之，地鐵隧道項目施工與建設與人們的安全息息相關，是城市發展水平的重要標志，因此，項目施工人員應注重采取科學有效的技術手段，提高隧道作業水平和安全控制能力，進而有效防止隧道工程出現縱向變形問題。實踐工作中，管理人員也應提高安全意識，對隧道施工細節問題進行精細化的管理與控制，由此全面提升地鐵隧道運營的安全性。

4 結束語

綜上所述，在地鐵隧道項目的施工與建設中，工作人員應采取盾構掘進技術、加強預制鋼筋混凝土管片拼裝，以此提高隧道外壁的載荷能力，促進地鐵運行安全性。同時，為防止樁基和土體的不均勻沉降，還應采取合理措施加固底層土體、保證樁基結構穩定，由此提高地鐵隧道項目施工建設的穩定性。