隧道施工诱发地表沉降分析与管控措施_王云平.pdf

DOI:10 13719/j cnki 1009 6825 202315043隧道施工诱发地表沉降分析与管控措施收稿日期:2022 11 22基金项目:大连大学大学生创新创业训练计划项目(202211258486;202111258237)作者简介:王云平(1991 )，男，工程师，从事结构工程及其理论等研究王云平1，2，鹿维丹1，王凡3(1 大连大学基建处，辽宁 大连116622;2 大连大学辽宁省复杂结构体系灾害预测与防治重点实验室，辽宁 大连116622;3 大连大学建筑工程学院，辽宁 大连116622)摘要:随着城市不断发展，城市拥堵的现象日益突显，地铁的出现极大缓解了这一问题，而作为地铁重要组成部分的隧道工程在施工中，易造成地面不均匀沉降、塌陷，进而威胁到周边建筑物、构筑物的安全和人员经济损失。对此，总结分析隧道施工作业特点、塌陷影响因素，针对性提出管控措施，为隧道安全施工、运营提供借鉴。关键词:隧道工程;不均沉降;塌陷;管控措施中图分类号:TU478文献标识码:A文章编号:1009 6825(2023)15 0166 020引言交通是城市发展的血脉，随着城市不断建设发展，地面交通日益拥堵。于是，合理利用地下空间，减少地面交通拥堵，就显得尤为重要，更给城市带来巨大的经济效益1 5。地铁拥有节省土地、降低干扰、载客量多、行驶速度快、减少噪声，以及避开大部分地面交通所遇到的车辆安全问题等优势6 7。然而，城市地铁隧道建设中，因特有的地质条件和环境，易造成不均沉降、塌陷进而导致周边建筑物、构筑物墙体开裂，甚至倒塌等现象8 11。因此，需对其环境、地质条件、支护形式等作深入了解，确保施工安全。1隧道诱发地表沉陷原因11地质条件隧道施工会遇到断层破碎带、富水软岩、大量用水地段，这种地段的岩体强度极低，围岩自稳能力差，岩层破碎，岩层间的裂缝密集，易使水涌入隧道，严重时便会发生塌方的现象。隧道穿过膨胀岩，这种围岩风化迅速，土块酥散程度大，由于应力改变，底部会隆起，伴随时间衬砌会发生变形和变化。隧道有时会在埋深较深的地段，由于施工扰动了原始的地应力、脆性岩体，会发生脆性破坏，岩体中储蓄的能量会释放出来，引发岩块弹射剥落甚至岩层塌陷。隧道还会穿过岩溶、瓦斯、溶洞等特殊地带，这些地带危险系数大，岩层结构松散，颗粒间胶结差，溶蚀作用强，施工会破坏本身的平衡性，因而易发生塌陷。12地下水隧道施工最常见的就是地下水，水具有流动性、冲蚀性、溶解性、润滑性等性质，会加剧岩层的破坏和稳定，或是排水系统故障引起的塌陷。在一些隧道中，地下水会不断渗入到断裂层中，导致其岩层产生深裂缝，导致岩层自身的抗压抗剪能力减弱，在隧道挖掘过程中，可能破坏结构本身的强度，使结构截面的剪切力受到破坏，由于水的流动和溶解会将其涌进隧道，而地下暗流本身相当于封闭空间，水与岩壁之间具有吸附力，会导致上部土层随着水的流失而下沉，不仅会导致地下隧道塌陷，还会间接影响地面产生塌陷的现象。13岩土应力当隧道洞口周边存在碎裂的岩石，在不产生扰动时，其岩石间的相互摩擦力会维持原始状态，但在隧道挖掘过程中，会产生横纵向的应力，当这种力达到其摩擦力的临界最大值或者持续的作用导致边坡产生强烈的松动，而岩石间作用力会相对变小，并维持不了本身向下的重力时，就会产生破裂。2隧道诱发地面沉降管控措施21施工工艺盾构法一般在松软含水地层且土质相对均匀的地质环境下有利于施工，同时，覆土埋深不应小于 6 m。台阶法可分为正台阶法、反台阶法、仰拱法、预留核心土法等，不同台阶法的选用则要根据不同岩石等级的地段位置来划分，正反台阶法分别适用于类 类围岩地段与类 类围岩地段的短隧道或平行导坑的长隧道。仰拱法宜在级，级围岩且具有一定自稳条件地段的隧道施工。预留核心土法多施作于级，级围岩地段。因此，隧道开挖施工需要对地层地质环境等条件进行综合的分析，合理运用多种施工方法的配合，稳步推进，有效地控制地层应力的释放，破坏关键部位的应力集中，降低应力集中部位的关键节点形变或破坏的风险。22土体固化地铁隧道施工中，为了更好的控制地面沉降等问题，需改变原土特性，更高效 地解决 地表 沉降 问661第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑SHANXIACHITECTUEVol 49 No 15Aug2023题。方法有三种:注浆法、冻结法、高压喷射搅拌法。注浆法是通过对存在有脉状细裂的地层进行注浆，缩小了土体颗粒间隙，再通过挤密达到固化的效果。冻结法是通过冻结软弱地层或含水土层来达到一定的固化效果，使土层具有一定的强度同时又能够起到止水的效果。高压喷射搅拌法则是将固化材料与被固化土层搅拌结合或者进行完全置换来达到固化的目的。23衬砌支护为了更快速使施工地层恢复到稳定状态，需要开展高效且有力的衬砌工作，衬砌施工分为初期衬砌和二次衬砌，因隧道开挖导致地层应力破坏，需要外加支护结构来控制地层应力的释放和围岩变形，即为初期支护，一般由锚杆、钢筋网、钢架、喷混凝土组成。二次衬砌就是对结构的进一步加固。需注意的是，在拆除支撑钢架过程中，其拆除长度控制在合理的范围，完善支护结构，使该区域的强度达到要求。24注浆加固施工过程可采用水泥、水玻璃注浆加固，减少地下水流失，防止地表沉降，提高施工安全性。水泥浆作为最为常见的灌浆材料之一，其优势是耐久性好、强度高、材料环保、无毒无味，且来源广泛价格经济。水玻璃除了具有与水泥浆样的环保、来源广泛且经济的特点，最主要的是水玻璃初始黏度低，灌浆完成度高，适用性高，受局限较少，可根据不同的条件(施工、地质、水文、土壤)来选择不同的种类。随着工艺的不断改进发展，还诞生了水泥 水玻璃复合灌浆材料，其综合以上两种灌浆材料的优势，在施工中得到了广泛的应用。灌浆之前，要对灌浆区域的地层状态充分的了解，如对土质的检测、地层整体状态的把控，地层裂隙越多、越大，则灌浆量要适当地提升，越少越细，则要减少;土质的物理特性也一定程度的影响着灌浆量的选择，土质越硬，灌浆量则要减少。3结语本文从隧道沉陷因素以及隧道施工地面沉降应对措施等方面对城市地铁隧道的施工过程中所能涉及到的问题和处理措施方案进行了技术探讨分析，提出具体施工工艺和加固改进措施，进而为地铁隧道人员财产安全保障提供借鉴。参考文献:1 赵珍妮 基于模糊综合贝叶斯网络的地铁盾构施工风险评价研究 D 信阳:信阳师范学院，2021 2 姜平伟 城市地铁富水砂层大断面暗挖隧道施工地层损失体系研究D 淮南:安徽理工大学，2020 3 王伟 常州地铁2 号线盾构上跨既有隧道的变形影响研究 D 淮南:安徽理工大学，2020 4 卿笛 浅埋暗挖隧道管幕加固对地面与邻近桩基影响的研究 D 广州:暨南大学，2020 5 胡众 合肥地铁施工安全风险分析与控制措施研究 D 合肥:合肥工业大学，2019 6 王海伦 双孔地铁隧道开挖引起的地表沉降分析 C 北京力学会 北京力学会第二十七届学术年会论文集 北京:北京力学会，2021:5 7 胡众 合肥地铁施工安全风险分析与控制措施研究 D 合肥:合肥工业大学，2019 8 黄胜 隧道下穿对地面建筑的影响评估 J 土工基础，2013，27(2):58 62 9 丁祖德，彭立敏，施成华 地铁隧道穿越角度对地表建筑物的影响分析J 岩土力学，2011，32(11):3387 3392 10顾硕 地铁隧道开挖对建筑结构沉降控制分析 J 科技资讯，2010，(12):98 11 龙海 隧道开挖对建筑桩基的沉降及内力影响 J 山西建筑，2008，34(12):313 314Discussion on causes and control technologyof surface collapse induced by tunnel constructionWang Yunping1，2，Lu Weidan1，Wang Fan3(1 Capital Construction，Dalian University，Dalian Liaoning 116622，China;2 Key Laboratory of LiaoningProvince for Prediction Control on Complicated Structure System，Dalian University，Dalian Liaoning 116622，China;3 Architectural and Civil Engineering Institute，Dalian University，Dalian Liaoning 116622，China)Abstract:With the development of cities，the phenomenon of urban congestion becoming increasingly prominent The emer-gence of subway has greatly alleviated this problem However，as an important part of the subway，the tunnel project is easy tocause uneven ground settlement and collapse，which will threaten the safety of surrounding buildings and structures and person-nel and economic losses So，the characteristics of tunnel construction and influencing factors of collapse are summarized andanalyzed，and targeted control measures are put forward to provide reference for tunnel safety construction and operationKey words:tunnel engineering;nonuniform settlement;surface collapse;control measures761第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月王云平，等:隧道施工诱发地表沉降分析与管控措施