淺析地鐵隧道結(jié)構(gòu)的沉降原因

閆淑芳

[摘 要] 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的城市開始興建地鐵工程。地鐵隧道建造在地質(zhì)復(fù)雜、道路狹窄、地下管線密集、交通繁忙的鬧市中心，其沉降問題不容忽視。本文闡述了地鐵隧道沉降的嚴(yán)重性，著重分析了地鐵產(chǎn)生隧道沉降的原因，對(duì)指導(dǎo)施工具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān)鍵詞] 地鐵隧道沉降原因分析

1.引言

近年來，伴隨著我國(guó)的城市化進(jìn)程的加快，城市經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展，城市區(qū)域也逐漸擴(kuò)大。由于流動(dòng)人口以及車輛的增加，城市交通量呈急驟增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。城市道路的相對(duì)有限性給城市交通帶來了一系列問題。發(fā)展地鐵建設(shè)能極大地緩解城市交通擁堵狀況，給廣大市民出行提供安全、便捷、舒適、清潔的交通工具，對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也起著極為重要的作用。

雖然地鐵的建設(shè)促進(jìn)了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和地下空間的利用，但是地鐵隧道多建在軟弱的土層中，周邊地下管線密集、地質(zhì)條件復(fù)雜。且上方地面道路狹窄、交通繁忙、建筑物林立，加之地鐵沿線地區(qū)的城市建設(shè)等原因必將引起地鐵隧道結(jié)構(gòu)的縱向沉降。一旦沉降量超過規(guī)定的限度，尤其是不均勻沉降，將會(huì)引起地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形，給地鐵的正常運(yùn)行帶來隱患。同時(shí)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。

2.原因分析

對(duì)長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)中的地鐵隧道沉降原因進(jìn)行分析，總結(jié)出有以下七方面的原因：

（1）下臥土層的不均勻性。下臥土層的不均勻變形是地鐵隧道下沉的基本原因。在實(shí)際工程中，沿隧道縱向分布的土層性質(zhì)不同。這就決定了土層的擾動(dòng)、回彈量、固結(jié)和次固結(jié)沉降量、沉降速率、沉降達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間等都有不同程度的差別，導(dǎo)致隧道發(fā)生沉降。通常情況下，隧道下臥土層類別變化處正是隧道發(fā)生較大沉降的地方。

（2）隧道上方地面承受較大荷載。上方地面承受較大荷載也將導(dǎo)致隧道產(chǎn)生較大沉降。特別是當(dāng)加載面積較大、壓縮土層較厚時(shí)，在附加應(yīng)力的作用下，隧道沉降量會(huì)大幅增加。由于隧道下部土體的反力總小于未修建隧道前此處土的自重應(yīng)力，隧道下臥土層壓縮模量比修建隧道以前有所降低，而且受施工擾動(dòng)的隧道下臥土層的長(zhǎng)期次固結(jié)在地面加載時(shí)依然在繼續(xù)。地鐵隧道一般都要穿越城市鬧市區(qū)，市中心建筑密度大，高樓林立。這樣大面積的建筑物尤其是高層建筑沿地鐵隧道沿線排列，其建筑載荷產(chǎn)生的附加應(yīng)力對(duì)地層沉降的影響是相當(dāng)大的。

（3）地鐵隧道鄰近周邊的施工影響。地鐵隧道周邊的土體開挖將會(huì)對(duì)地鐵隧道造成明顯的影響。例如深基坑的開挖，其過程實(shí)際上是一卸載的過程。地鐵隧道臨近的深基坑開挖對(duì)隧道的影響主要是兩個(gè)方面：其一由于基坑開挖引起圍護(hù)的側(cè)向位移和坑內(nèi)隆起使得坑外地層沉降，導(dǎo)致隧道也隨之沉降；其二基坑開挖引起圍護(hù)向基坑內(nèi)的側(cè)向水平位移，導(dǎo)致隧道發(fā)生撓曲變形。臨近基坑的隧道段和遠(yuǎn)離基坑的隧道段間將產(chǎn)生明顯的縱向不均勻沉降。再如當(dāng)不同地鐵隧道形成空間近距離交叉穿越的時(shí)。后建隧道對(duì)周圍土體的擾動(dòng)，會(huì)在隧道橫向的地層中形成一個(gè)近似正態(tài)分布的沉降槽，導(dǎo)致已建隧道產(chǎn)生縱向的不均勻沉降。

（4）城市底層沉降的綜合影響。隧道處于地層中間，就不可避免地要受到城市地面沉降的綜合影響。地層構(gòu)造使得城市的地層沉降會(huì)產(chǎn)生沉降漏斗區(qū)。當(dāng)隧道穿越沉降漏斗區(qū)時(shí)，位于漏斗區(qū)內(nèi)的那段隧道的沉降明顯比漏斗區(qū)外隧道的沉降大，長(zhǎng)期積累下去，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的縱向不均勻變形。

（5）地鐵隧道于車站的沉降差異。地鐵隧道和車站在結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工方法和承受荷載等多個(gè)方面存在很大差異，因此隧道和車站之間不可避免地存在差異沉降，有時(shí)這種差異沉降足使隧道環(huán)縫漏水和管片開裂。地鐵車站的修建使其底部的土體應(yīng)力處于嚴(yán)重的卸荷狀態(tài)。并且軟土地鐵車站常采用支撐地下連續(xù)墻明挖施工或逆做法施工，車站主體結(jié)構(gòu)和地下連續(xù)墻結(jié)合為一體，施工對(duì)土體的撓動(dòng)比較小，車站整體穩(wěn)定在于抗浮穩(wěn)定。而地鐵隧道的施工雖然也對(duì)底部土體形成卸荷，但在量值上要小得多，由于施工中對(duì)周圍軟土的撓動(dòng)，隧道位移一般是向下沉降，這樣即在車站和隧道之間形成不均勻沉降。

（6）地震的影響。由于隧道存在結(jié)構(gòu)與土共同作用的關(guān)系，地震的作用機(jī)理及結(jié)構(gòu)反應(yīng)極其復(fù)雜。由于地質(zhì)環(huán)境差異，隧道軸線彎曲，臨近工程的影響和周邊約束條件的不同等因素，區(qū)間隧道會(huì)對(duì)地震做出的不同反應(yīng)，引起隧道的縱向不均勻變形，所出現(xiàn)的后果也比較嚴(yán)重。對(duì)處于軟土地層的隧道來說，飽和粉土與粉細(xì)砂土在地震中的液化問題特別應(yīng)該重視。地層液化對(duì)隧道縱向不均勻變形的影響主要表現(xiàn)在土層大量震陷或地層液化對(duì)隧道產(chǎn)生向上的浮力，這樣均會(huì)導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)縱向的巨大不均勻變形，使隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力急劇增大，從而導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)破壞。因此在易于產(chǎn)生地層液化的地區(qū)，應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)拇胧┘佑米{等手段改良地層條件，用以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)措施來增強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)性能。

（7）列車運(yùn)行的振動(dòng)。地鐵隧道在正常營(yíng)運(yùn)期間，要受到地鐵列車振動(dòng)荷載的長(zhǎng)期循環(huán)作用。雖然單次列車通過所產(chǎn)生的荷載引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移很小，但在列車振動(dòng)荷載長(zhǎng)期循環(huán)持續(xù)的作用下，必須注意隧道下臥的飽和砂土層液化的可能性以及飽和粘土震陷的可能性。

3.結(jié)語(yǔ)

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，交通運(yùn)輸事業(yè)也進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的階段。隨著城市車輛交通規(guī)模的不斷增加，城市擁堵現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。在各大城市興起修建地鐵的大潮。地下鐵道的建成極大地緩解了城市中心交通擁擠、阻塞狀況，給廣大市民出行提供安全、便捷、舒適、清潔的交通工具，對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也起著極為重要的作用。但各類原因引起的地鐵隧道沉降必須給予充分的重視。尤其是不均勻沉降，將會(huì)引起地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形，給地鐵的正常運(yùn)行帶來隱患。因此，本文建議對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，這對(duì)隧道安全監(jiān)控具有重要意義。