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摘要：目前，我国是经济快速发展的新时期，随着城市地铁建设的兴起，相应的环境问题引起了越来越多的关注。地铁隧道施工阶段及施工后期诱发的地表沉降是造成各种建、构筑物产生外观及功能上损害的主要原因，每年由此而造成的经济损失相当可观。一般地，地铁隧道设计时不考虑周边建筑物的情况，而以施工时控制地表的沉降为主。国内现行的做法是规定一个沉降上限值，北京等地为3cm，超过该值则调整施工方法或修改隧道的初步设计。此种做法忽略了地表结构物的具体形式及其对隧道施工的响应，由此而采取的加固及补偿措施未必可取，一般情况下是相当保守的。为了探询隧道施工诱发的结构损害及结构与隧道施工的相互作用，本文搜集了较为详尽的损害评价与等级资料，并针对该问题进行了数值模拟与计算，得出一些有用的规律，为隧道近接建筑物施工提供了理论上的指导。
关键词：地铁隧道；建筑物；模型试验；控制标准
引言
在世界高速发展的今天，城市化进程加快，特大和超大型城市不断涌现，城市可利用空间越来越狭小的矛盾越来越突出，因而开发地下空间成了刻不容缓的当务之急。专家们预言，21世纪将是开发和利用地下空间的世纪。随着城市人口密度的不断增加，许多大城市存在人口膨胀、交通拥挤等一系列问题，为缓解或从根本上解决人口增长对城市环境的压力和威胁，修建地下轨道交通是一个行之有效的方法。早在1863年，英国伦敦采用明挖法建成世界上第一条地铁线路，线路全长6.4km。而后1890年在伦敦首次使用盾构法施工，建成另外一条电气化地铁线，全长2km。从此，城市交通进入了一个飞速发展的时间。地铁有着很多优点。城市地铁不仅安全可靠、准时方便和舒适等优点，而且它少占用土地，基本上不破坏地面景观;将部分街面交通转移到地下，能够快速大量输送乘客，极大地缓解城市交通拥挤问题;而且许多地铁不仅起到交通运输的作用，在战争时期还发挥了防空掩蔽所的作用。
1地铁施工对地表和建筑物的影响
建筑物的变形与地表变形之间的关系,是与建筑物基础的材料、长度、宽度、深度、荷载以及地基性质、建筑物平面形状、上部结构的刚度等有关。开挖地铁隧道,引起地层的扰动,从而隧道周围的应力应变场发生变化,水位情况也发生改变,导致上层土体的沉降和固结,进而扩展到附近建筑物地基下面,并由地基传递给建筑物基础,再往上传递给结构,引起结构的次生内力和变形,或者倾斜、倒塌。同时,建筑物的存在,其自重与基础刚度也约束了地层的运动,进而影响隧道围岩应力应变场的变化幅度和变化范围。因此,隧道与邻近建筑物是相互作用、相互制约的。
2地铁隧道开挖对建筑结构沉降控制分析
2.1施工控制
控制开挖产生沉降的方法包括隧道自身措施及地层处理技术。隧道自身措施包括在隧道施工过程中，所有在隧道内采取的用来减小地层沉降的措施。地层处理措施包括所有通过提高或改变地层响应，而减小或改变隧道施工产生的地层运动的方法。具体来说采用矿山法施工时，控制沉降的措施主要包括以下方面:(1)快速通过，加快施工速度，快速通过建筑物坐落区，可缩短围岩的暴露时间和变形持续时间，利用衬砌及早地对围岩施加抗力，能够有效地抑制地层的变形。(2)开挖施工时应遵循“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”基本工艺，施工工序必须严格遵守“先排管，后注浆，再开挖，注浆一段，支护一段，封闭一段”。(3)施工中坚持“早封闭，勤量测”的原则，并且根据监测数据而采用动态注浆是控制建筑物基础沉降量的重要措施。采用盾构施工时，可采取以下措施:(1)对于土压平衡盾构，重点控制推进速度、出土量，使土舱压力波动控制在最小的幅度范围内，以保持盾构掘进面稳定和平衡。(2)严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时填充建筑空隙。根据实践经验，注浆压力一般控制在1.1一1.2倍的静止土压力值。
(3)严格控制盾构的姿态，盾构姿态变化不宜过大、过频，以降低土层的损失和对周围土体的扰动。
2.2地表沉降控制标准
地铁隧道在不同地质条件下其地表沉降控制标准值的设定是很有难度的,这是因为不同的地质环境条件下地表沉降影响因素是不同的,而标准的制定需要大量数据的统计和分析,这就要求我们必须通过大量的工程实际统计来总结规律,根据大量的监测结果我们可以得出一般地表沉降控制标准。建筑物由于结构形式、基础类型、建筑尺寸、荷载情况、建造时期和使用情况、功能和重要性等的不同,具有不同的承受荷载作用和变形的能力。因此,必须根据其建筑物的实际情况来确定相应的变形控制指标。地层变形沉降控制标准是根据有关规范、规程、计算资料及类似工程经验制定的,对于不同的监测对象有不同的监测控制标准,一般分别采用如下标准:地面沉降极限值控制在-30mm～+10mm以内;地表沉降、隆起位移平均速率控制在1mm/d,位移最大速率控制在3Inm/d以内;报警值按极限值的一定比例设定,一般为-16mm～+8mm以内。桩基础建筑物允许最大沉降值不应大于10mm;天然地基建筑物允许最大沉降值不应大于30mm。
2.3关于隧道施工
在建筑结构旁进行隧道施工是一个复杂的近接力学过程，除了正常的隧道施工需要考虑的因素以外，往往还需要考虑追加特殊的工法，例如变化施工工序，采用导洞施工施作围护，设置系统锚杆进行补强等。为了研究一般工法对结构隧道相互作用的影响，本文仅仅考虑正常的隧道施工流程，未考虑追加特殊工法。在隧道施工流程方面，只考虑了通常的矿山法全断面开挖。此外，因为不是专门考虑隧道的衬砌的力学行为，故衬砌以实体单元代替，分为初衬和二衬，分别施做。
2.4差异沉降与平均沉降
建筑物对差异沉降是比较敏感的，关于差异沉降建筑规范有明确的限定。本文计算了在隧洞开挖下建筑地基的差异沉降与平均沉降。此处的差异沉降与平均沉降的是指在隧洞扰动下造成的基础两端的竖向位移差值与平均值。在模拟中的具体的做法是在结构物施作后进行计算，等形成初始场后位移置零，然后开挖隧道，由此而产生的位移即为差异沉降与平均沉降。研究了随偏移距s、深度差H等变化基础差异沉降及平均沉降的变化。
结语
(1)在隧道纵向方向变形上，当隧道未穿越房屋时，房屋基础随隧道开挖其变形趋势是受压，当开挖至房屋中部时，其受压变形达到最大值。随后，房屋基础的受压量逐渐减小，最后在纵向方向上恢复初始状态。(2)在隧道横向方向上，随着隧道的开挖，房屋基础处于受压状态。当开挖至房屋下面时，房屋的受压变形将发生变化，其变形几乎以等速率增大。(3)通过模型试验发现，地层沉降主要发生在上台阶开挖阶段，因此，在隧道工程施工中，应注意控制开挖循环进尺、及时支护和加强监控量测。
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