蒋启伟
重庆建工第一市政工程有限责任公司 400020
摘要：随着地铁隧道大规模的建设，由此带来的安全问题一直是社会关注的热点，鉴于地下工程的隐蔽性和地质勘察不详细等因素，近年来地铁施工引起的地表坍塌事故频发．通过对国内外地铁隧道安全事故分析，将事故原因分为以下４大类：地层失稳、不良地质体、地下管线及施工管理．在北京、成都等城市地铁施工中发现了大量地层空洞，并且在地铁隧道施工过程中由于空洞、水囊等不良地质现象而发生突泥、突水、坍塌等事故屡见不鲜．
关键词：隧道施工；邻近桥梁桩基变形；影响；加固效果；分析
引言
城市地铁隧道工程建设过程中不可避免地会下穿既有高架桥等构筑物，当隧道与高架桥的桩基距离较近时可能会影响高架桥的安全，为了对这一问题进行分析，国内一些学者作了相关研究，例如，依托某隧道下穿高速公路桥梁段，采用三维有限差分法研究隧道动态施工引起的地表沉降以及桥梁桩基变形的规律，将数值模拟结果与现场监测结果进行对比分析验证方法的正确性和有效性;以某项目为背景，采用ABAQUS有限元软件，通过二维和三维有限元模型对桥梁桩基施工全过程中地铁隧道及其周围土体的变形情况进行分析;基于Abaqus软件建立桥－隧三维数值计算模型，对城市公路隧道近接桥梁桩基段施工进行模拟，得到大跨浅埋暗挖公路隧道施工对地层的影响规律，并研究高压旋喷桩加固措施对桥梁桩基变形的影响。
1 TBM隧道施工对围岩及地表影响
纵观各隧道工程建设，多以盾构法、全断面硬岩隧道掘进机（TBM）掘进法、钻爆法为主。城市轨道交通的线路选择往往受制于城市规划、地层条件以及建（构）筑物等周边环境的影响，其线路设计会出现大纵坡线路。TBM迎坡掘进时地表出现明显的沉降槽，沉降槽形式为“单峰”形式，且沉降曲线形状近似高斯曲线；（2）地表沉降曲线呈轴对称分布，在两隧道距离中轴线处地表沉降值达到最大值，远离两隧道距离中轴线的位置处沉降值逐渐减小；（3）TBM掘进坡度越大，地表沉降值越小，尤其是地表沉降峰值变化最为明显；（4）根据地表沉降折线图分析，坡度对地表沉降表现为坡度每增加20‰，地表沉降最大递减量为0.05mm。根据上述分析可知，TBM掘进时坡度的大小会对地表沉降存在一定的影响，且坡度越大，地表沉降值越小。另外，由定性分析可知，坡度的增大会使TBM掘进力的竖向分力增大，对隧道上部岩土体有顶起作用，又因岩土体均匀分布，竖向分力继而传至地表，故坡度对地表沉降的影响规律与对围岩竖向变形的影响规律一致。
2建立模型观察影响程度
通过建立地铁隧道及高铁隧道模型，依据现有的设计方案，对地铁施工过程进行模拟，分析地铁、高铁的应力和变形特征，得出结论如下：⑴天然状态下，地铁位置的竖向应力范围为1.26～2.27MPa，沿开挖方向的应力为0.3～0.6MPa，垂直开挖方向的应力为0.3～0.5MPa，埋深不同，应力不同。⑵地铁开挖过程中，地铁位置应力重分布，起拱线附近z方向应力增大约2倍，局部位置应力达到10MPa，拱顶底x方向应力约为1～2MPa，地铁衬砌局部位置出现拉应力，处于在抗拉强度以内，发生明显应力变化的范围在5m以内。左右两线隧道围岩的应力特征相近。⑶地铁开挖过程中，地铁围岩产生变形，z方向的变形最大，最大下沉量为1.8mm，最大隆起量为1.8mm，最大横向变形为1mm，最大纵向变形为0.6mm。⑷地铁开挖过程中，高铁隧道衬砌的应力有变化，变化幅度基本在1%以内，甚至小于0.01%，表明地铁开挖对高铁隧道的应力影响小。⑸地铁开挖过程中，高铁隧道衬砌及围岩最大变形量为0.2mm，表明地铁开挖对高铁隧道的变形影响小。
3空洞土岩复合地层变形
（1）空洞的存在造成空洞附近地层沉降急剧增大，地表沉降曲线及土岩分界面沉降曲线均随空洞的偏移发生相应的偏移．（2）地层空洞与地表沉降曲线存在一定方位关系，即地表沉降曲线随空洞的偏移发生相应偏移；隧道施工过程中，空洞对地层变形的影响范围有限：空洞与隧道距离大于１．４倍断面开挖宽度时，空洞轴线处地表沉降受隧道开挖影响较小；当空洞中心轴距隧道中心轴水平距离大于２．７倍断面开挖宽度时，空洞的存在对隧道中心地表沉降影响在１０％之内．（3）土岩分界面的变形发生在隧道整个施工阶段，变化过程可分为“缓慢变形阶段”“急剧变形阶段”“变形趋稳阶段”；土岩分界面变形特征与隧道开挖应力释放和围岩扰动息息相关，上覆地层空洞仅影响空洞附近的地层变形特征，且“空洞效应”随其离隧道的距离增大而逐渐减弱．
4地表沉降的影响
地表沉降随着隧道埋深的增加而减小。这是因为隧道开挖对土体的扰动是自下而上的，当隧道埋深较浅时，土体运动被较多地传递到了地表，致使地面发生大的沉降。随着埋深增大，扩散到地面的位移被大量削减，因此地表附近的土体位移较小。（1）隧道开挖对土体的扰动主要集中于隧道上方，并且土体位移在隧道拱顶处达到最大值，这在土体的竖向位移及水平位移上皆有体现。（2）试验结果证实了隧道开挖引起隧道横断面地表沉降规律呈正态分布特征，但前人对地表沉降槽宽度系数的研究具有极大的差异性。试验表明隧道埋深是影响宽度系数大小的一个重要因素。（3）不同深度地层最大沉降值()maxSz及沉降槽宽度系数i(z)可采用Axy形式的公式进行计算。值大小可通过对地层最大沉降值与地层深度关系的回归分析确定。
5叠落盾构隧道的施工影响
近年来，国内学者针对叠落隧道施工的地层及先行隧道变形问题进行了研究并取得了成果。通过模糊故障树理论，计算了叠落隧道施工时既有隧道发生事故的概率及重要程度，并对此进行分析排序；采用数值模拟分析的方法，研究了三个不同叠落区间上层盾构隧道施工产生的影响，认为完全叠落段隧道施工产生的影响要大于斜向叠落段隧道施工，并且叠落隧道净距越小产生的叠加效应越大；通过研究发现，在叠落隧道之间土体进行注浆加固及在下层隧道内架设型钢支撑等措施，能够有效降低上层隧道开挖的影响。（1）通过对长距离完全叠落区间盾构隧道的施工阶段模拟，得出叠落区间盾构隧道分别开挖会造成地表沉降量叠加，且叠加变形相对较大，但沉降槽宽度变化值极小。（2）上行盾构隧道开挖产生卸荷作用，导致下行隧道管片发生隆起，最大隆起点位于两隧道最初重叠处（Y=0m）下行隧道拱顶，变形值为3.84mm，小于《城市轨道交通工程监测技术规范》中既有线隧道结构变形控制值5mm，故应加强上行盾构隧道施工时监测频率，在变形值达到预警值时及时进行二次注浆等措施，以保证下行隧道结构安全。（3）以下行隧道某点为监测点，上行盾构隧道施工时，下行隧道竖向变形曲线呈“勺型”。当监测点前15m至监测点后20m区间内上行盾构隧道施工时，对下行隧道管片结构变形影响最大，故在上行隧道施工时，应在下行隧道相应处位置进行加固措施，以保证施工安全。
结束语
着地铁建设热潮的兴起，穿越建筑群的盾构隧道工程越来越多。虽然盾构法技术日趋成熟，但难以避免地会引起地层扰动，继而发生地表沉降，对地表邻近建（构）筑物产生不利的影响。尤其在建筑密集区进行隧道施工时，地层变形的监测和控制就显得十分重要。因此，探究盾构隧道开挖引起的地层变形规律，对指导施工有重要的意义。
参考文献
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