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摘要：地铁隧道施工影响地表沉降的因素很多，采用经验法、理论预测法进行分析探究，根据地层变形机理，分析探讨地铁隧道施工引起的地层变形及对周边环境的影响，找出影响地层变形的主要因素，理论结合实际，探究隧道开挖过程中洞室周围地层的变形机理。把施工全过程的地表沉降、洞室结构变化通过实测记录下来，对这些实测数据进行分析对比，研究CRD工法施工引起地层变形的一般规律。
关键词：地铁隧道工程；CRD工法；地层变形
1 地下隧道工程安全控制研究
1.1 地铁隧道施工地表沉降的研究现状
地铁隧道施工期间影响地表沉降的因素很多，地表移动和变形的大小不仅与隧道的埋深、断面尺寸和施工方法、支护方式有关，而且受地层条件的影响，由于人们环保意识不断增强，对于在城市市区隧道施工引起的地表位移与变形及其对周围环境影响的正确预计便显得十分必要和重要。目前，国内外科技工作者对隧道施工所引起的地表沉降的预计采用了很多方法，主要有经验法、模型试验法、理论预测法等。
1.2地表变形对邻近建筑物影响的研究现状
既有建筑物的沉降或隆起，不管是由于附近的建筑施工或者是其它原因，都可能导致显著的破坏。通常情况下，对沉降最敏感的建筑物是砖石承载墙或者是用砖石填充的框架墙。对于城市地铁工程施工，不可避免要对周边建筑物及地下管线产生影响，如何确保地铁施工期间，邻近建筑物的结构安全是一个重要的现实问题。国内外不少学者对建筑物受周边工程施工的影响进行了长期研究。提出了一种新的评估在地层移动下建筑物破坏程度的方法（first-order method）将建筑物破坏评估与地层移动形态、结构几何尺寸、应变状态及材料的极限应变联系起来。并用该方法对20个工程实例进行了验证，证明了其较好的实用性。
2 地铁隧道开挖引起地层变形的分析
2.1 浅埋暗挖引起地表变形的理论分析
城市地铁工程施工时，周边存在既有建筑物或各种地下管线的情况下，它的稳定性问题比一般的浅埋隧道更为复杂，其原因是不仅要保证这种隧道结构本身的强度和稳定，而且要保证地面建筑物和地下管线的安全稳定。这种隧道本身的稳定性可以通过理论计算并考虑各种因素进行综合判断，而地面建筑物的稳定判断则与地面沉降的规律以及建筑物的类型有关，关于地面沉降的规律通常与三个因素有关：沉降槽曲线、沉降量和地面沉降坡度。
2.2隧道开挖作用的研究
目前，我国有多条地铁工程正在兴建之中，这些地铁线路中有很多要通过城市繁华区，这些区间的隧道只能采取暗挖法，和山岭隧道相比，城市地铁隧道的修建有很多不同的特点，其中重要的一点是要严格控制地面沉降和地面水平位移。
2.3 影响地层变形的因素
2.3.1 土体物理性质的影响
土体是非均质、各向异性、弹塑性、粘塑性介质，不利于准确分析和预测隧道施工引起的地层位移，土体性质对地层位移有巨大的影响。
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2.3.2 地下水位及降水对地层变形的影响
地下水的长期作用会使围岩强度降低，引起地层不稳，加大围岩压力，从而增加支护结构的压力，地下水对地面的沉降和施工方法影响很大，无水条件的施工是很容易控制的。
2.3.3 隧道结构类型和埋深的影响
结构拱顶上部覆盖的土层厚度与隧道结构跨度之比，称为覆跨比。这个比值对地面沉降影响很大。若覆跨比大于1～2，其施工难度不大，而且比较容易形成控制沉降比；若覆跨比小于1，则需要投入的辅助工法的费用幅度增加。
3 地铁暗挖施工对邻近建筑物的影响
3.1 地层变形引起建筑物的破坏
浅埋暗挖施工是一个动态过程，开挖对周围土体产生扰动，引起地层损失，位于地铁施工影响区域内的建（构）筑物必将受到不同程度的影响。这种地层位移通常以波的形式逐渐向外扩展并施加于建筑物。因此建筑物受地表位移场影响的长度与建筑物高度之比开始时将很小，并随着地层移动的扩展而增大。
3.2 地面沉降控制标准
沉降对城市环境造成的危害主要表现在地面建筑物的过量倾斜及地下管线的变形、断裂而影响其正常使用。通常的地面沉降控制值即是出于对环境要求的考虑，其根据主要来源于已有的建设规范及以往的工程实例。但是由于地面建筑及地下管线种类繁多、结构等级各异，线路穿越的地层不同，若均用同一基准值控制，难免产生某些地段过于保守，造成经济损失，某些地段又出现危害性沉降的弊端。有必要对控制基准作较深入的分析，使其适应各类建筑及地中管线的需求及符合工程实际。
4 地铁施工引起地层变形的现场监测及数据分析
4.1工程概况
北京地铁十号线光华路位于东三环路与规划商务中心街交叉口，为单跨三洞地下局部双层分离岛式车站，中间为双层结构，两侧站台为单层结构，三洞间以通道相连，车站的主体为南北向布置。车站总长169.2m，总宽度46.7m，中间洞宽14.2m，两侧洞宽10.81m。单侧站台宽度4.5米，线间距40m。车站中洞为双层结构，覆土厚度为7.4m，采用洞桩法施工；两侧单层侧洞覆土厚度为13.4m，采用CRD工法（即交叉中隔墙法）施工；风道为双层结构，采用CRD工法施工。其中，西北风道为11.7m×14.1m（开挖面宽×高）大断面双层隧道结构，隧道埋深9.5m左右，从一座现有的五层建筑（解放军3501厂）左侧下方暗挖通过。3501厂大楼为5层框架结构楼房，地下1层，基础为独立基础，平面呈L形，南侧长54m，东侧长30m，宽15m，建成于1982年。经实际调查，该楼1、2层为门市、3层至5层为办公室，地下室为职工宿舍，处于正常使用状态。由于西北风道初支结构离3501厂大楼基础最近处只有6.0m。为确保西北风道在暗挖施工过程中3501厂大楼的结构安全，避免因地铁施工对该建筑物造成影响，在该楼东南角采用ф800＠1200mm钻孔灌注桩对其进行保护，围护桩共布置11棵，桩长28m。
4.2 地质条件
光华路车站站区位于永定河冲积扇的轴部，地形起伏不大。地层多为欠固结土层，降水及其它因素易对地表变形产生较大影响。下部地层主要受永定河冲洪积扇的控制，上部地层受全新世古河道的控制。
工程所涉及到的地下水类型：按地下水赋存条件为第四纪松散岩类孔隙水；按水力性质又分为上层滞水、潜水和承压水。
4.3 现场监测结果分析
在施工过程中，进行了不间断的现场监控量测，取得实测数据。CRD工法施工，拱顶沉降有一定有规律性，沉降曲线呈现四个不同变化速率阶段：
第一阶段：开挖后1周内，拱顶的沉降速率相对较大，平均速率超过－1～－2mm/d；
第二阶段：开挖后第二周，沉降速率较第一阶段有所减缓，但仍在－1mm/d左右；
第三阶段：沉降速率再次加大，持续时间在10天左右。分析这一阶段沉降速率加大的原因可以发现，这个时间段正好是2号导洞开挖的时间，因此，沉降速率的再次加大，是由于下层导洞的开挖，再次扰动1号导洞上面的土体，因而形成叠加沉降。由此可以发现，CRD工法施工，上下层导洞工作面的间距是影响拱顶、进而影响地表沉降的一个不容忽视的因素。
第四阶段：受下层导洞开挖影响过后，拱顶沉降趋于稳定，沉降曲线正常回归。一般的情况下，沉降稳定要在一个月后。
5结语
城市地铁建设中，避免破坏地面建筑物及地层内埋设的线路管网，保护地面自然景观，克服对地上交通的影响，必须采用浅埋暗挖施工，严格控制施工引起的地面沉降变形量。
参考文献
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[3]刘宝琛.急待深入研究的地铁建设中的岩土力学课题[J].铁道建筑技术,2000,(3):1～3
论文作者:李一帆
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月上
论文发表时间:2017/6/7
标签：地层论文; 隧道论文; 建筑物论文; 地铁论文; 地表论文; 地面论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月上论文;