淺談地層空洞影響下城市隧道施工引起的地層變形規(guī)律及控制方法

摘 要：隨著我國當前城市化進程和城市設施的逐漸完善，給人們生活帶來了很多的便利，軌道施工作為緩解城市交通堵塞的一個重要項目，得到了各級建設部門高度重視。各大城市都開始大規(guī)模的進行軌道交通建設。大范圍的地鐵施工必將給沿線的百姓和環(huán)境帶了危害。施工會使得底層變形導致地表建筑物下層、裂開、地下管線破裂等消極的影響，并且經(jīng)常胡出現(xiàn)一位施工不規(guī)范而導致工程事故的發(fā)生。因此，地層空洞影響下城市隧道施工引起的地層變形規(guī)律及控制方法的研究成為了當前城市軌道交通建設中必須要考慮的一個重點問題。

關鍵詞：軌道交通建設；地層變形；控制方法

隨著城市化建設的加快以及進城務工人員的急劇增加，給城市的交通帶來了很大的壓力，交通問題成為了影響社會正常秩序的一個重要社會問題，也是制約城市經(jīng)濟發(fā)展的一個重要因素。為了解決城市交通堵塞，擴大居民的出行范圍，加快城市設施的建設。以地鐵建設為代表的交通建設成為了當前解決以上問題的有效措施。地鐵建設在解決以上矛盾的同時，在建設和運營的過程中也會時常出現(xiàn)事故，這一定程度上降低了人們對軌道交通的信任度。國內外對地鐵的研究表明，地鐵在施工和運營的過程中對沿線地層都會造成擾動，從而引起地層移動而出現(xiàn)各種事故。尤其是城市的地鐵，其埋深比較淺，沿線的建筑物較多，更容易發(fā)生事故。所以掌握地層空洞影響下城市隧道施工引起的地層變形規(guī)律，從而找出適當?shù)目刂品椒?，成為了當前刻不容緩的一個問題。

1 地層缺陷及影響分析

二十一世界是我國城市經(jīng)濟迅猛發(fā)展和城市化建設步伐逐漸加快的階段。我國各大中小城市為了能夠解決自己本城市的交通工具，開始大范圍的建設地鐵。這個工程項目是巨大復雜的，正因為此其受到的影響因素更加的復雜。因此，在城市隧道施工過程中必須要充分的考慮到隧道施工帶了的負面影響，然后進行研究。在隧道施工過程中安全事故時有發(fā)生，分析這些事故的發(fā)生原因，可以大致的分為不良底層、管線斷裂，底層中不良地質體以及施工管理等方面。在這些原因中第二個和第三個原因占據(jù)很大的比例。俄日了解決底層缺陷帶來的不良影響，需要研究人員對城市隧道施工引起的底層變形規(guī)律進行分析，另一方面，需要提高施工管理水平，對底層變形加以控制。

在城市隧道建設過程中出現(xiàn)的底層缺陷可以劃分為兩大類別，第一，由于受到施工作業(yè)的影響，原本在地下的缺乏一定承受能力的建筑物，這些建筑物也許在現(xiàn)有環(huán)境下能夠安全存在，可是在周邊進行施工后就會使得這些建筑物減弱承受能力，最終導致底層塌落。第二，受到自然條件的影響，使得施工沿線的地質體變得柔弱和不連續(xù)等缺陷。有些土質體如熔巖洞、土洞等土質比較的輸送，自穩(wěn)能力較弱，在常年的雨水天氣下會變成空洞，這是大自然所造成的。人們的生產(chǎn)生活以及工程施工后的維護也是其中較為重要的原因，比如因為水資源缺乏很多地方開始無節(jié)制的開采，最終導致底層固結而發(fā)生脫層，工程施工過程中雨水風沙將沙土帶走而形成空洞等。

2 城市隧道施工引起的地層變形規(guī)律研究

在本次研究課題中將隧道施工引起的地層變形等抽象的問題轉化成為平面上的空洞問題。在實際的施工過程中，隧道的相對位置、尺寸等方面與空洞在對隧道施工的影響方面存在著很多的不同，這兩者在對圍巖穩(wěn)定性的影響上也比較的顯著。地層變形規(guī)律的改變，破壞的影響以及對施工沿線的不利位置的變化都需要進行分析研究。

針對城市地鐵建設施工過程對空洞的分布以及尺寸等因素而產(chǎn)生的影響進行分析，從而找出地層變形的規(guī)律。目前在國內外隧道工程領域，研究采用比較普遍是數(shù)值計算理論，其中要包括連接介質微分法、連續(xù)介質微分法、不聯(lián)系介質微分法三種。而這三種中研究比較成熟的是連續(xù)介質微分法，因為這種方法在時間和空間上都能夠加以細分。

隧道在施工過程中需要進行開挖，這使得空洞附近的巖層土壤都受到了干擾，因為在施工過程中應力的釋放率會隨之增加，使得隧道周邊出現(xiàn)一定范圍的屈服接近區(qū)，并向圍巖深處滲透，加快了土質薄弱地區(qū)的空洞速度，這些空洞使得隧道的破壞模式發(fā)生了變化。

3 地層變形的控制應用研究

隧道工程的開挖引起的地層變形首先要以空洞為中心開始逐漸的向隧道沿線延伸，并且與隧道的塑性區(qū)相連接。在施工和運營過程中隧道周邊的塑性區(qū)將會隨之擴展和轉移。因此在施工的過程和控制的過程中，要以缺陷作為核心，首先在施工之前就要進行超前探測一次來對缺陷的大小和分布情況有一定的了解，然后再空洞內或者缺陷四周進行進行有效的加固從而來解決缺陷問題，緩解隧道漸近線破壞的進程。

3.1 超前探測

超前探測可以分為直接和間接兩種。直接超前探測法就是地質法和鉆探法。間接超前探測法就是通過地面電測探、地面淺層地震法等物理技術進行探測。目前在國內外采用較普遍的就是間接探測法。在隧道施工中進行超前探測，一位隧道的埋深比較的淺，如果采用地震反射法進行測探的話成本費用會比較高，并且對周邊的環(huán)境影響也較大。因此一般在實際應用中很少使用。紅外探水技術雖然能夠掌握圍巖的含水量但是不能夠探測到確切的距離，這種方法對環(huán)境的要求較高，一般使用的也較少。地質雷達法一般使用的比較普遍，因為其成本費用相對較低，探測精度也較高，并且對周圍的環(huán)境影響較小。所以在隧道施工時可以采用地震雷達法進行探測，分析出地質的具體情況，對于那些特殊的地質，可以有針對性的采取適當?shù)姆椒ǎ瑥亩鴣頊p少缺陷問題。

3.2 缺陷處理

對缺陷進行處理的方法一般就是填充和隔離、對周邊的土體進行加固。在實際的施工過程中一般采用的是回填、注漿等輔助手段。不 地質體的控制包括兩個方面：首先采用地震雷達法對不良地質體進行超前探測，然后根據(jù)實際情況對不良地質體進行加固和改良。

缺陷處理過程中采用較為普遍的一種輔助手段就是注漿。在注漿的過程中，往往采用多種的方法將漿液作用于缺陷周邊的土層上，這是一個動態(tài)的過程，具體的施工過程包括填充、壓密、滲透等過程。注漿的方法有比較的多，按照施工的過程可以劃分為填充注漿、壓密注漿、滲透注漿等，在不同的環(huán)節(jié)采用不同的方法。

4 結束語

綜上所述，在城市隧道施工過程中出現(xiàn)的地層缺陷的控制可以大致劃分為超前探測和缺陷處理兩部分。首先采用地震雷達超前探測法對施工地的地表幾洞內做出動態(tài)的精確預報，確定缺陷存在的范圍大小及分布位置。然后根據(jù)缺陷的具體情況來選擇恰當?shù)奶幚矸椒?。如果對隧道施工中存在的缺陷問題不做出及時的處理和控制，周邊的地層和圍巖塑性區(qū)的地層變形速度就會不斷的增加。在采取巧當?shù)目刂品椒ㄖ?，對地層沉降及破壞進行了及時有效的遏制，彌補了地層的缺陷，這樣能夠很大程度上控制和降低風險事故的發(fā)生，保證隧道施工的安全順利進行。

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