地鐵隧道縱向變形影響因素

柏明虎 曹練明

摘要：人類在跟隨著時(shí)代的演變而不斷進(jìn)步，城市的建設(shè)也越來(lái)越完善和發(fā)達(dá)，而隨著人口的增多和城市規(guī)模的擴(kuò)大，普通的地上交通工具已經(jīng)無(wú)法完全滿足人們?nèi)债a(chǎn)生活工作所需，也正因此，城市快速軌道系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并不斷的發(fā)展完善。但是，在地鐵隧道的實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，也存在著很大的安全隱患問(wèn)題，其中最突出的就是地鐵隧道的縱向變形，這個(gè)問(wèn)題如果不加以解決和預(yù)防，將從很大程度上影響到城市軌道交通的發(fā)展，和城市的全面建設(shè)。因此，本文將就地鐵隧道縱向變形問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的分析與解讀，以探討其影響因素和改善方案。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;縱向變形;影響

Abstract： Human beings are making continuous progress with the evolution of the times， and the construction of cities is becoming more and more perfect and developed. With the increase in population and the expansion of the scale of cities， ordinary ground transportation can no longer fully satisfy people’s daily jobs. Needs， and precisely because of this， the urban express rail system came into being and is constantly developing and improving. However， in the actual construction process of subway tunnels， there are also great safety hazards. The most prominent one is the longitudinal deformation of subway tunnels. If this problem is not solved and prevented， it will affect the city to a large extent. The development of rail transit and the overall construction of the city. Therefore， this article will conduct a detailed analysis and interpretation of the longitudinal deformation of the subway tunnel to discuss its influencing factors and improvement plans.

Keywords： subway tunnel; longitudinal deformation; influence

引言：

地鐵隧道的建立在很多方面都為人們提供了便利和幫助，也讓城市的發(fā)展更加的快速和有序，這是一項(xiàng)非常有意義、有價(jià)值的工程項(xiàng)目，非常值得對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究和升級(jí)更新。但是，在地鐵隧道發(fā)展過(guò)程中，也遇到了很大的阻撓，其中最嚴(yán)重的一個(gè)就是地鐵隧道的縱向變形問(wèn)題。因此，合理分析隧道縱向變形產(chǎn)生的原因，縱向變形對(duì)地鐵的運(yùn)行造成的影響，將能夠幫助人們進(jìn)一步了解和研究地鐵隧道的發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展方向，并對(duì)軌道交通的運(yùn)行提供一種新的思考思路，讓地鐵隧道在現(xiàn)有基礎(chǔ)上得到更新和升級(jí)，變得更加的安全可靠和穩(wěn)定。

一、地鐵隧道縱向變形的相關(guān)概念

地鐵隧道會(huì)產(chǎn)生縱向變形的根本原因就是地鐵隧道在修建項(xiàng)目中的復(fù)雜性。在隧道施工的全過(guò)程中，由于工程的龐大繁雜和修建過(guò)程的復(fù)雜，施工團(tuán)隊(duì)常常會(huì)采用盾構(gòu)法來(lái)完成整個(gè)工程項(xiàng)目的安全防護(hù)工作的建設(shè)。盾構(gòu)法所發(fā)揮的主要作用就是把隧道中的襯砌的連這部分用螺栓來(lái)固定住，通過(guò)這樣的方式來(lái)確保隧道的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全。這種方法雖然能夠在很大程度上保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠，但這種穩(wěn)定是維持在隧道不運(yùn)作的情況下的，一旦隧道投入使用，地鐵隧道就會(huì)受到外力的作用，并且會(huì)有極大的可能性在外力的影響下導(dǎo)致縱向變形這一問(wèn)題的產(chǎn)生。如圖1所示，地鐵隧道如果發(fā)生縱向變形，就會(huì)在很短的一段時(shí)間就會(huì)發(fā)展成為裂縫現(xiàn)象和漏水現(xiàn)象，從而嚴(yán)重地引起地鐵運(yùn)行的安全隱患問(wèn)題，并且會(huì)嚴(yán)重影響到地鐵的正常運(yùn)行，讓人們的日常生活出行遭受極大的不便。地鐵隧道縱向變形的最大原因是受到外力作用的影響，而造成這種外力作用影響的因素有很多，包括了地鐵隧道的底層土體產(chǎn)生不均勻的沉降;地鐵隧道的外壁受到附加載荷的影響;地鐵隧道的樁基結(jié)構(gòu)等因素。本文將從以上三個(gè)方面對(duì)地鐵隧道的縱向變形進(jìn)行詳細(xì)的研究，以期增強(qiáng)地鐵隧道的安全性能和穩(wěn)定性，讓地鐵的運(yùn)行變得更加的安全高效和可靠。

二、地鐵隧道產(chǎn)生縱向變形的三大因素

根據(jù)地鐵隧道縱向變形的相關(guān)概念可以知道，產(chǎn)生地鐵隧道縱向變形的主要因素有三個(gè)：底層土體產(chǎn)生不均勻的沉降;隧道外壁受到附加載荷的影響;樁基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，以下將著重分層介紹這三種因素的具體產(chǎn)生原因，以及對(duì)地鐵隧道的建設(shè)和運(yùn)行產(chǎn)生的影響，從而根據(jù)對(duì)其的詳細(xì)了解和仔細(xì)研究而獲得對(duì)地鐵隧道的改進(jìn)資料，以研究地鐵隧道在預(yù)防縱向變形方面的具體可實(shí)施方案。只有對(duì)地鐵隧道縱向變形的真正原因做到心中有數(shù)，才能夠最終提出一個(gè)預(yù)防地鐵隧道縱向變形的行之有效的方案。也只有對(duì)縱向變形做到合理的預(yù)防和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，才能最終確保在地鐵運(yùn)行過(guò)程中的安全運(yùn)行和穩(wěn)定運(yùn)行，讓人們的出行變得更加的便利、舒適和安全，也讓城市建設(shè)變得更加的美好和便捷。這是每一位相關(guān)研究人員都必須去做的一件事情[1]。

（一）地鐵隧道的底層土體產(chǎn)生不均勻的沉降問(wèn)題

地鐵隧道的底層土體其本身是為了能夠保護(hù)地鐵隧道不發(fā)生縱向變形的，在實(shí)際的施工過(guò)程中，當(dāng)隧道的預(yù)設(shè)埋入深度和盾構(gòu)法的施工條件一定時(shí)，底層土體就會(huì)對(duì)施工時(shí)產(chǎn)生的侵?jǐn)_、沉降和回彈等作出不同程度的反應(yīng)，從而防止地鐵隧道的縱向變形，因此預(yù)防地鐵隧道的縱向變形還要依賴于底層土體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。但在實(shí)際施工過(guò)程中往往會(huì)面臨一個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題，那就是在實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)的底層土體的土質(zhì)是有變化的，也有可能每一段地鐵隧道所涉及到的底層土體的結(jié)構(gòu)不一樣，或者性質(zhì)發(fā)生了變化，這就給實(shí)際施工修建過(guò)程帶來(lái)了不小的麻煩，也讓地鐵隧道的修建變得困難重重。如圖2所示，在實(shí)地施工時(shí)，如果部分的地鐵隧道的底層土體的性質(zhì)發(fā)生了改變，土體出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，就會(huì)直接影響到隧道的修建，并可能因?yàn)橥馏w的性質(zhì)發(fā)生變化而導(dǎo)致底層土體發(fā)生沉降，從而使整個(gè)地鐵隧道都陷入了土體的不均勻沉降中，而一旦這種情況產(chǎn)生就意味著有極大的可能性產(chǎn)生地鐵隧道的縱向變形，從而從根本上影響到地鐵隧道的修建和投產(chǎn)使用，這就為地鐵隧道的修建和發(fā)展帶來(lái)了極大的阻力[2]。

（二）地鐵隧道的外壁受到附加載荷的影響

附加載荷指的是在地鐵隧道修建完成以后，其周圍涉及的建設(shè)項(xiàng)目和降水對(duì)地鐵隧道的外壁產(chǎn)生了比較大的壓力，這個(gè)壓力就是地鐵隧道的附加載荷。而附加載荷作為一種非計(jì)算在內(nèi)的外壓力，在地鐵隧道的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程就很容易導(dǎo)致地鐵隧道的縱向變形，從而引發(fā)更嚴(yán)重的安全隱患問(wèn)題。比如，在實(shí)際施工過(guò)程中，如果地鐵隧道修建于一處不透水的土層上方，那么自然降水降雨就將會(huì)對(duì)該段地鐵隧道產(chǎn)生一種附加作用力，這種附加作用力主要是通過(guò)降水降雨導(dǎo)致的地表水位上升引起的，這種附加載荷會(huì)使得地鐵隧道的結(jié)構(gòu)承受預(yù)期計(jì)算以外的壓力，從而引起縱向變形。除此之外，還有一種附加載荷是由于沙土組成的土層而言的，降水會(huì)導(dǎo)致水位上升，而沙土在水中會(huì)膨脹，通過(guò)這個(gè)膨脹的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力作用擠壓住地鐵軌道，這就造成了一個(gè)嚴(yán)重的隱患，如果不加以預(yù)防和檢修，就很有可能會(huì)造成地鐵軌道的縱向變形[3]。

（三）地鐵隧道的樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著舉足輕重的作用，它會(huì)直接影響到地鐵隧道在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的安全，也會(huì)直接影響到地鐵隧道的縱向變形問(wèn)題。樁基結(jié)構(gòu)不穩(wěn)的主要原因是樁間土發(fā)生了擠壓變形，樁基埋入地下部分的地基變得松軟，也正是因?yàn)檫@兩點(diǎn)才讓樁基結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)久的運(yùn)行中發(fā)生著細(xì)微的變化，一點(diǎn)一點(diǎn)變得不穩(wěn)固、不穩(wěn)定，也降低了地鐵隧道的穩(wěn)定性，造成的縱向變形隱患的默默潛入。在地鐵隧道的正式施工過(guò)程中，土體之間本身存在著剪切效應(yīng)，樁基結(jié)構(gòu)如果陷入沉降中，將會(huì)導(dǎo)致其旁邊的土層也一同產(chǎn)生整體運(yùn)動(dòng)，著就造成了以樁基結(jié)構(gòu)為中心的位移場(chǎng)的現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象如果放任不管，長(zhǎng)此以往下來(lái)最終也會(huì)作用到地鐵隧道上，其中比較容易造成的情況就地鐵隧道的縱向變形。

根據(jù)對(duì)以上情況的詳細(xì)研究和分析可以發(fā)現(xiàn)，地鐵隧道的縱向變形產(chǎn)生原因是多種多樣的，它會(huì)受到自然環(huán)境的影響，會(huì)受到地質(zhì)環(huán)境的影響，也會(huì)受到周圍地理?xiàng)l件的影響，從這幾個(gè)方面來(lái)看可以得出，如果要預(yù)防地鐵隧道的縱向變形就必須做到對(duì)這幾大因素的準(zhǔn)確把控和精準(zhǔn)把握，把所有未知的風(fēng)險(xiǎn)都做到提前考慮，把所有已知的可以預(yù)防的情況都通過(guò)人工和機(jī)械的力量來(lái)彌補(bǔ)，讓地鐵隧道的運(yùn)行變得更加的安全可靠，也讓人們能夠在一個(gè)安全的穩(wěn)定的城市軌道交通系統(tǒng)中完成每一天的工作行程。在這個(gè)過(guò)程中，是非常依賴于每一個(gè)研究人員和施工人員的努力的，也只有城市軌道交通建設(shè)團(tuán)隊(duì)齊心協(xié)力才能夠最終完成一項(xiàng)有著高安全級(jí)別、高運(yùn)行級(jí)別、高穩(wěn)定級(jí)別的地鐵隧道建成。

三、關(guān)于地鐵隧道縱向變形的這控方案的研究

在已經(jīng)具體知道了造成地鐵隧道交通縱向變形的具體原因以后，相關(guān)研究人員就可以在此基礎(chǔ)上對(duì)如何防止縱向變形的產(chǎn)生進(jìn)行深入研究，并提出一系列行之有效的防控方案了。要有效預(yù)防隧道縱向變形問(wèn)題的產(chǎn)生就必須從根上對(duì)癥下藥，而究其本質(zhì)，問(wèn)題始終還是在人身上的。在具體施工過(guò)程中，如果施工人員能事先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估和勘察就能夠詳細(xì)了解施工現(xiàn)場(chǎng)的地理位置，地質(zhì)環(huán)境狀況和土層構(gòu)成情況等基礎(chǔ)信息了，在這些基礎(chǔ)信息之上，再經(jīng)由工作人員進(jìn)行技術(shù)化的分析和處理以后用計(jì)算機(jī)模擬一個(gè)虛擬的施工現(xiàn)場(chǎng)作為預(yù)案就能夠在不耗費(fèi)大量人力物力的情況下對(duì)施工過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估并建立風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防方案，在萬(wàn)事俱備的條件下再開土動(dòng)工將能夠達(dá)到事半功倍的效果。同時(shí)，在實(shí)際施工過(guò)程中的施工人員也必須具有良好的專業(yè)素養(yǎng)，只有有著豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的理論知識(shí)作為前提，才能夠真正的保障在實(shí)際施工中地鐵項(xiàng)目建設(shè)的穩(wěn)定性[4]。

四、結(jié)束語(yǔ)

由以上內(nèi)容可知，在地鐵隧道的實(shí)際施工中，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)該對(duì)地鐵隧道的縱向變形問(wèn)題引起重視并加強(qiáng)實(shí)地工程項(xiàng)目的建設(shè)。同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)考察相關(guān)工作人員的專業(yè)素養(yǎng)水平和實(shí)地施工建設(shè)的能力，以保證地鐵隧道建設(shè)的安全穩(wěn)定和可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙方.地鐵盾構(gòu)隧道縱向變形影響因素分析[J].土工基礎(chǔ)，2018，v.32;No.136（03）：92-95.

[2]李磊.地鐵隧道縱向變形影響因素與控制對(duì)策研究[J].冶金叢刊，2020，005（004）：170-171.

[3]靳軍偉，李詠梅，李明宇，等.樁基礎(chǔ)引起的既有地鐵隧道縱向沉降計(jì)算[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，35（02）：45-52.

[4]劉大雷.新建隧道上穿對(duì)既有隧道縱向位移的計(jì)算方法[J].安徽建筑，2018（6）：245-250.

第一作者簡(jiǎn)介：柏明虎（1975-），男（漢）江蘇江寧人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事地鐵工程管理工作 南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210008

第二作者簡(jiǎn)介：曹練明（1986-），男（漢）江蘇江寧人，工程師，現(xiàn)從事勘察設(shè)計(jì)工作 蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210019

南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司 江蘇南京 210008

蘇交科集團(tuán)股份有限公司 江蘇南京 210019