道路施工評職論文地鐵隧道工程影響探討

　　摘　要:城市建設的開展和城市用地的緊張,使得地鐵隧道附近往往建設新的建筑,對臨近地鐵隧道產生不利的影響 本文結合國內地鐵和城市建設的發展, 簡述了影響地鐵隧道縱向變形的因素。

　　關鍵詞: 地鐵隧道,縱向變形,道路職稱論文發表,措施

　　1　引　言

　　隨著我國城市現代化水平的不斷提高, 發展快速軌道系統成為了城市公共交通建設的必然選擇。 因為了減少隧道施工對城市地面環境的影響,盾構掘進、預制鋼筋混凝土管片拼裝襯砌成為了地鐵隧道的首選施工方法,并且隨著盾構制造工藝和施工掘進技術的不斷完善,在城市環境或其他特定條件下,盾構法隧道在市政設施的建設方面具有其獨特的優越性和經濟性, 在諸如地下鐵道、越江公路隧道、城市輸水管道及共同溝等城市公共設施的建設中被廣泛地采用。

　　然而,沿線地區的開發建設也給地鐵隧道的安全構成了一定的威脅,并且,由于軟土地下結構和隧道襯砌自身的特點,使得地鐵隧道結構上固有的缺點在投入運營后也逐漸暴露。

　　2　隧道縱向變形性能

　　地鐵隧道在宏觀上主要是橫向受荷的細長結構,砌完成后在管片間存在徑向接縫,隧道 襯襯砌各環之間存在聯結接頭,接縫采用螺栓聯結。隧道是復雜的三維地下結構,其縱軸線根據功能的需要和地下環境的條件不斷地發生變化,橫向常采用承載性能優良的圓形結構,為充分調動土層自身的承載和穩定能力,隧道襯砌常被設計成半柔性的地下結構,隧道和土體之間存在著復雜的共同作用。對隧道變形的認識目前主要在其橫向結構特性上,在抗壓強度足夠時,由于管片采取了合理的柔性設計思想,襯砌周圍的土壓力和抗力總是趨于將管片環壓緊的, 只要管片不首先破壞,襯砌的穩定性是完全有保證的,一定的位移值和收斂值對隧道防水是有利的。相反,隧道在縱向變形特性要脆弱得多,隧道縱向變形通常對隧道結構不利,在縱向變形或曲率達到一定的量值后,隧道即可能出現環縫張開過大而漏水或管片縱向受拉破壞,當然, 隧道的縱向受力變形和其橫向結構性能是密不可分的,將不可避免地引起隧道襯砌在橫向性能發生一定變化,但這種變化由于隧道結構的良好橫向變形適應能力顯得并不突出,隧道變形的薄弱環節仍然在其縱向特性上,這一事實也被大量的工程監測所證明。

　　引起隧道縱向變形的因素眾多,既有隧道施工期的,又有地鐵運行期的,有系統本身的, 也有周邊環境變化引起的。隧道施工期的縱向變形,在聯結螺栓二次預緊前已基本完成,對隧道長期結構性能影響不大;對于地鐵隧道運行期的縱向變形,除了施工期擾動土體的次固結變形外,尚有多種因素會引起隧道的縱向不均勻變形,會直接影響地鐵隧道的安全。

　　3　隧道縱向沉降影響因素

　　3. 1　施工期影響

　　施工期隧道變形的原因, 主要是盾構推進對周圍土層的擾動所引起, 其中包括①開挖面底下的土體擾動;②盾尾后壓漿不及時不充分;③盾構在曲線推進或糾偏推進過程中造成超挖;④盾殼對周圍土體的摩察和剪切造成隧道周圍土體的擾動;⑤盾構擠壓推進對土體的擾動。從變形的歷時過程看,襯砌與周圍土體變形相協調, 可分為初始變形、土體超孔隙水壓力消散引起的固結變形和土體骨架蠕變產生的次固結變形。隧道一般要在盾構推進完成后半年至一年才投入使用, 隧道的初始變形和固結變形在施工期已基本完成, 在以后的長期運行階段僅有次固結變形在緩慢進行;由于隧道在鋪設軌道(路面)之前,一般要進行接縫螺栓的二次預緊,除非隧道施工方法突然改變(如改變盾構掘進方法)或在隧道與豎井的銜接段,加之采用土壓平衡盾構及先進的施工方法減小了對隧道周圍土體的擾動,隧道施工期的變形相對均勻, 并且量值有限,對投入運行后的縱向變形影響不大。

　　3. 2　底層土體的不均勻沉降

　　在相同埋深和盾構施工擾動條件下,各種不同性質的下臥土層所發生的擾動、回彈量、沉降速率和總沉降時間,有不同程度的差異。因此當隧道沿線的下臥層土體特性及分層不均勻時,將導致隧道的不均勻沉降。壓縮模量較低、靈敏度較高的飽和粘土下臥層,經過盾構施工擾動后的沉降量較大,而且沉降延續時間較長。壓縮模量較高、靈敏度較低的砂性土下臥層,經過盾構施工擾動后的沉降量較小,且沉降穩定快。當隧道下臥層為密實的砂性土時,次固結量很小,次固結時間短,即使空隙比較大的砂性土中,次固結沉降在施工期也基本結束。上海打浦路越江公路隧道(盾構擠壓推進施工)江中段和浦東段, 其下臥層為粘質粉土或粉砂與淤泥質粘土互層( 接近砂性土)的土層,投入運行后的16 年中,沉降增量為40～50mm,平均沉降速率只有0. 008mm/ 天;而浦西段隧道下臥層為松軟的淤泥質粉質粘土,最大沉降增量達120mm,出現嚴重的縱向不均勻沉降。

　　3. 3　隧道附近基坑開挖

　　地鐵的建設帶動了沿線地區房地產開發的高潮, 在隧道附近形成了寸土寸金的建設局面,隨之而來的地下空間利用和深基坑開挖直接導致了臨近地鐵隧道的縱向變形,有些基坑更是直接騎跨隧道之上或緊鄰隧道施工,由此可能帶來的隧道不均勻變形嚴重威脅隧道安全。根據嚴峻的地鐵保護形勢,上海地鐵制定了地鐵隧道兩側的臨近3m 范圍內不得進行任何工程施工的基本規定;廣州也規定了，在地質情況良好情況下，隧道周邊5m范圍內不得進行基坑開挖，地質情況較差時，基坑與隧道距離增大至10m左右，并對各種典型地層的基坑避讓距離開展了相關研究?；娱_挖對開挖面以下土體具有顯著的垂直向卸荷作用,不可避免地引起坑底土體的回彈,并且,基坑圍護結構在背后土體壓力作用下迫使基坑開挖面以下結構向坑內位移,擠壓坑內土體,加大了坑底土體的水平向應力,也使得坑底土體向上隆起, 此外,隨著基坑開挖深度的增加,基坑內外的土面高差不斷增大,該高差所形成的加載作用和地表的各種超載,會使圍護結構外側土體產生向基坑內的移動,使基坑底產生向上塑性隆起。當基坑下方土層中有地鐵隧道通過時,坑底土體的隆起必然帶動基坑下方的隧道產生局部縱向變形,該變形值隨著坑底土體的隆起量的增加而增大。基坑開挖卸去了內側部分原作用于圍護結構上的土壓力,結構外側則受到主動土壓力,由于土體開挖總是早于支撐力的施加, 圍護結構總是向坑內產生一定的水平位移。隨著基坑開挖的繼續,基坑內外土面高差的增大,圍護結構外側土體有向坑內移動的趨勢, 基坑周圍出現塑性區并不斷擴大,引起坑外地面沉降。因此,基坑周圍的土體有向下及坑內的位移,在臨近地鐵隧道有超深基坑的情況下,將引起隧道產生向斜下方的縱向變形。

　　3. 4　隧道近距離穿越

　　地下空間的開發利用逐漸向多元化、立體化方向發展, 如多條地鐵線路的同站臺換乘、地下商業街和地鐵車站的聯合開發等, 都會遇到不同線路的隧道空間近距離交叉穿越的問題。在建隧道施工將對周圍土體產生擾動, 沿施工隧道橫向在地層中形成一個近似正態分布的沉降曲線, 當穿越已建地鐵隧道時, 將導致已建隧道在縱向產生不均勻降沉。

　　4　結語

　　本文從城市建設過程中可能對地鐵造成的不利影響出發,論述了引起地鐵隧道縱向變形的各種因素。某一區段地鐵隧道的實際縱向變形往往是以上多種因素的綜合,需要根據工程的實際加以判斷,甄別出主要的影響因素,采取相應的綜合治理措施,確保地鐵隧道的安全,以使工程順利實施。影響地鐵隧道縱向變形的因素是多方面的,相應的預防治理工作也必須多管齊下,在城市和地鐵線路規劃時就需要避開不利因素,在地鐵投入運營后加大沿線地區的城市建設管理力度,研究開發出相應的成套地鐵隧道保護技術,制定全面的地鐵保護法規,是防治地鐵隧道縱向不均勻變形和保護其安全運營的根本所在。由于地鐵工程規模大,跨越區域廣,涉及面多,與一般單體建筑相比,對城市的政治、經濟生活、群眾出行影響要大得多,因此,做好地鐵隧道的保護工作具有特殊的意義。

　　參考文獻：

　　[1]劉建航, 侯學淵. 盾構法隧道[M] . 中國鐵道出版社, 2010.

　　[2]上海市建設委員會科學技術委員會. 地鐵一號線工程[M ] . 上海科學技術出版社,2011.

　　[3]姜啟元, 管攀峰, 葉蓉. 軟土盾構隧道的縱向變形分析[ J] . 地下工程與隧道, 2011.