1、城市淺埋暗挖地鐵隧道沉降控制與分析目錄 1、摘要 2、工程概況 3、沉降控制基準(zhǔn)值的確定 3.1建筑物相鄰柱基間距小于或等于沉降槽拐點(diǎn) i 時(shí) 3.2建筑物相鄰柱基間距大于或等于2 i 時(shí) 4、沉降控制預(yù)警值的確定 5、監(jiān)測方法 6、監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果 6.1地表沉降實(shí)測數(shù)據(jù)與理論分析 6.2房屋沉降實(shí)測數(shù)據(jù)與理論分析 7、結(jié)束語摘要 根據(jù)地面建筑物沉降、地面沉降變形的不同要求對沉降控制問題作出分析，給出了相關(guān)的控制基準(zhǔn)經(jīng)驗(yàn)公式，結(jié)合南京地鐵鼓樓站-玄武門站區(qū)間隧道施工具體情況，對淺埋暗挖隧道地表、建筑沉降進(jìn)行細(xì)致監(jiān)測，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行較為深入的分析，闡述在設(shè)計(jì)及施工淺埋暗挖地鐵隧道時(shí)應(yīng)注意的

2、事項(xiàng)，以供類似工程參考。引言 隨著城市地鐵在我國的陸續(xù)興建，淺埋暗挖法在地鐵隧道施工中得到廣泛的應(yīng)用，因位于鬧市區(qū)，隧道上方建筑物、管線、道路、車流、行人密集，如何保證隧道的施工安全，是最重要的。由于隧道埋置深度小，隨著地層物質(zhì)被挖出，自洞室臨空面向地層深處一定范圍內(nèi)地層應(yīng)力場將發(fā)生調(diào)整，宏觀表現(xiàn)為地層物質(zhì)的移動，施工引起的地層變位將波及地表，產(chǎn)生地面沉降，形成施工沉降槽，過大的地面沉降和地層變位將直接危及地面建筑物的正常使用，進(jìn)而危及施工安全，因此施工中必須對有害沉降進(jìn)行控制，這就要解決沉降的控制基準(zhǔn)問題，并通過控制基準(zhǔn)在施工過程中對地面建筑、地表沉降等，在理論分析指導(dǎo)下進(jìn)行有計(jì)劃的監(jiān)測，以

3、監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，對暗挖隧道施工進(jìn)行動態(tài)管理。工程概況 南京地鐵南北線一期工程X標(biāo)鼓樓站玄武門站區(qū)間隧道開挖方法為礦山法，總長2126延長米，主要難點(diǎn)包括大跨度斷面隧道和穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層段隧道的施工。1、大跨度斷面為停車渡線，渡線段長333m，實(shí)際施工開挖最大斷面（17.56m11.39m）。該段覆土厚度11.917.30m。地質(zhì)情況從上至下依次為松散稍密狀雜填土、軟塑狀粉質(zhì)粘土、殘積土、強(qiáng)風(fēng)化安山巖、中風(fēng)化破碎安山巖。區(qū)間地下水主要為松散層的孔隙潛水和基巖裂隙水，地下水位埋深1.24.5m。如下圖。隧道大跨度斷面圖片 該段地表建筑物、地下管線較密集且安全度較低。地表有二層以上建筑物19幢，

4、建筑物最早年代為1947年，基礎(chǔ)為條基，部分建筑物已有多條裂縫；2、軟流塑段：玄武門站南端有307m的軟流塑地質(zhì)段，隧道斷面跨度6.5m，高6.6m，該隧道段所處淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層具有高壓縮性，高靈敏度，易產(chǎn)生土體流動、開挖面不穩(wěn)等現(xiàn)象，地面有五層住宅樓3幢和兩層磚房兩處（為民國時(shí)期建筑），基礎(chǔ)為條基，并穿越市區(qū)道路。 3.沉降控制基準(zhǔn)值的確定沉降控制基準(zhǔn)由兩個(gè)方面確定：其一是出于環(huán)控的需要；其二是出于隧道工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定本身的需要。實(shí)施的控制基準(zhǔn)必須兩者兼顧。沉降對城市環(huán)境、隧道結(jié)構(gòu)本身造成的危害主要表現(xiàn)在地面建筑物的過量傾斜及地下管線的變形、斷裂而影響其正常使用和威脅結(jié)構(gòu)安全。通常的地面沉降控制

5、值即是出于對環(huán)境和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求的考慮，其根據(jù)主要來源于已有的建設(shè)規(guī)范及以往的工程實(shí)例。但是由于地面建筑及地下管線種類繁多、結(jié)構(gòu)等級各異，線路穿越的地層不同，若均用同一基準(zhǔn)值控制，難免產(chǎn)生某些地段過于保守，造成經(jīng)濟(jì)損失，某些地段又出現(xiàn)危害性沉降的弊端。為了使給出的沉降控制值基準(zhǔn)既保證建筑物及地下管線的安全，又使建筑成本較為經(jīng)濟(jì)，有必要對控制基準(zhǔn)作較深入的分析，使其盡量適應(yīng)各類建筑及地中管線的需求及盡可能符合工程實(shí)際。3.1地表、地面建筑的沉降控制基準(zhǔn) 沉降對地面建筑的危害主要表現(xiàn)在地面的不均勻沉降引發(fā)的建筑物傾斜（或局部傾斜）。在“建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范”中對各類建筑物的允許傾斜值已明確規(guī)定。因此，對

6、建筑物而言，允許最大差異沉降（不均勻下沉）作為地面沉降的控制條件，本文以橫向沉降曲線分加以分析。地下工程在施工時(shí)產(chǎn)生沉降，在其影響范圍之內(nèi)將對上部建筑物產(chǎn)生不良影響。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，地表沉降規(guī)律（橫向）可以采用著名的Peck曲線描述（如圖1所示）, 圖1 地表沉降橫向預(yù)測示意圖Peck方程 為：距隧道中心的距離；S距隧道中心為的地面沉降量；Smax隧道中心處最大沉降量；i沉降槽寬度系數(shù)，采用經(jīng)驗(yàn)公式：為弱面內(nèi)摩擦角。H覆土厚度；R計(jì)算半徑；對于非圓形結(jié)構(gòu)，其等效半徑為： 其中A為非圓形結(jié)構(gòu)的面積。 3.1建筑物相鄰柱基間距小于或等于沉降槽拐點(diǎn)i時(shí) 由基礎(chǔ)產(chǎn)生的傾斜值不大于相應(yīng)建筑物允許傾斜值可

7、知： S/L （3） S差異沉降值；L建筑物相鄰柱基礎(chǔ)間距； 建筑物的允許傾斜。 由沉降槽曲線可知，在拐點(diǎn)i處曲線斜率最大，以此極限條件下的坡度值不大于相應(yīng)建筑物允許傾斜值作為限制條件。此時(shí)，差異沉降（不均勻沉降）達(dá)到最大（如圖2-a所示），從而得允許最大沉降差為： S i (4) 由Peck曲線可知，當(dāng)=i時(shí)，得出地表下沉的最大斜率為： Kmax= (0.61/i) Smax (5) 由極限條件Kmax即Smax0.61/i，并假定建筑物最大允許傾斜與Kmax相等，此時(shí)，地表最大允許沉降量為： Smax=(i/0.61) (6)3.2建筑物相鄰柱基間距大于或等于2i 時(shí)此時(shí)，沉降對建筑物的影

8、響除傾斜外還含有基礎(chǔ)的撓曲變形，圖（2-b）表示了建筑物基礎(chǔ)受彎的最不利位置，當(dāng)沉降過大時(shí)，有可能導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)的斷裂及上部結(jié)構(gòu)壓性裂縫的產(chǎn)生。由于不同建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的受力條件、荷載分布、建筑等級等不盡相同，難以準(zhǔn)確地加以描述，本文以建筑基礎(chǔ)的允許應(yīng)變作為計(jì)算控制基準(zhǔn)的極限條件。即：式中：；= /E；基礎(chǔ)的極限抗拉強(qiáng)度；E基礎(chǔ)彈性模量 。 圖2-a 圖2-b 圖2 隧道施工對建筑物影響示意圖4.沉降控制預(yù)警值的確定根據(jù)上述計(jì)算公式并結(jié)合鼓-玄區(qū)間隧道埋深、地質(zhì)水文情況以及各項(xiàng)物理指標(biāo)，擬訂如下沉降控制預(yù)警值供施工參考。隧道施工的安全標(biāo)準(zhǔn)以F值確定： F=實(shí)測變形值/管理允許值F0.8安全; 0

9、.8F1.0注意; F1.0危險(xiǎn)?？刂茦?biāo)準(zhǔn)表(表中各項(xiàng)預(yù)警值供施工參考，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié))量測項(xiàng)目控制范圍允許值單位建筑物傾斜全線0.003弧度工程影響范圍全線30m地表下沉類圍巖30mm類圍巖19mm變形速率類圍巖5mm/d類圍巖3mm/d4.監(jiān)測方法（測點(diǎn)布設(shè)、監(jiān)測頻率以及監(jiān)測方法）提前觀測：地表和房屋沉降在隧道開挖掌子面超前3040米開始觀測，1次/2-3天，頻率逐漸加密，布點(diǎn)如下圖： 圖3：大跨測點(diǎn)布設(shè)斷面圖5.監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果5.1.地表沉降實(shí)測數(shù)據(jù)與理論分析鼓樓玄武門區(qū)間地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大跨停車線段穿越均為類圍巖，軟流塑段穿越中央路和舊樓房群，本區(qū)間地表沉降監(jiān)測過程中，為更好的

10、掌握隧道開挖對地面的影響情況，除正常在隧道縱向中心線布設(shè)沉降測點(diǎn)外，在大跨和軟流塑段都布設(shè)了覆蓋兩條隧道的主測斷面，以監(jiān)測隧道橫向影響范圍。實(shí)測如下：圖5是大跨和軟流塑過樓房段的沉降槽橫向分布圖；圖6為隧道縱向中心地表沉降測點(diǎn)隨時(shí)間變化的曲線圖。 由圖5鼓玄區(qū)間實(shí)測沉降槽數(shù)據(jù)可以說明：a.地表沉降橫向影響范圍約為5i；兩條隧道開挖造成的橫向地表沉降槽可以認(rèn)為分別是兩條隧道單獨(dú)開挖造成沉降槽的疊加，疊加率為3050%，橫向影響范圍增長510米。b.沉降曲線之變曲點(diǎn)i位于距中線0.8D1.6D處,隨著所處圍巖類別的提高而向中線靠攏,影響范圍隨之減少。圖6：隧道縱向中心地表沉降測點(diǎn)隨時(shí)間變化曲線圖從

11、圖6中可以看出，地表下沉的變化過程分為四個(gè)階段：1、微小變形階段：當(dāng)掌子面開挖到與測點(diǎn)距離-1.0D-2.0D時(shí)，即開始對地表產(chǎn)生一定的影響，造成一定范圍內(nèi)的沉降，變形量約占總變形量的1015%左右。主要是由于工作面的開挖導(dǎo)致前方地層應(yīng)力場發(fā)生變化以及地下水的流失而引起的輕微變形。2、變形急劇增大階段：隨著掌子面向前推進(jìn)，距測點(diǎn)在-1D3D內(nèi)時(shí),地表變形速率加速增長,變形量急劇增大,此階段變形量約占總變形量的6070%左右。該階段變形主要是由于隧道的開挖而造成邊界條件發(fā)生改變，對覆蓋層土體產(chǎn)生擾動，引起應(yīng)力場的重分布，產(chǎn)生卸荷效應(yīng)，為施工過程中主要沉降階段。3、緩慢變形階段：當(dāng)掌子面向前開挖超

12、過測點(diǎn)3.0D以后,變形速率開始減緩,變形量緩慢增加,沉降曲線開始收斂,一直延續(xù)到5.0D,此階段變形量約占總變形量的1015%左右。4、變形基本穩(wěn)定階段：當(dāng)掌子面距測點(diǎn)5.0D后,沉降增長緩慢,直至延續(xù)到8.0D,地層趨向穩(wěn)定狀態(tài),此階段變形量約占總變形量的5%左右;沉降穩(wěn)定于距掌子面58倍洞徑處。 6.2房屋沉降理論分析與實(shí)測數(shù)據(jù)南京地鐵鼓-玄區(qū)間隧道房屋覆蓋密集，沉降難以控制，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算、并考慮工程具體情況確定建筑允許沉降值。大跨段 ：i=10461mm； Smax=51.45mm，取35.0mm軟流塑段 ：i=5678mm； Smax=27.92mm，取25.0mm實(shí)測數(shù)據(jù)說明

13、，在確定監(jiān)測預(yù)警值時(shí)要通過理論的計(jì)算和綜合考慮工程的地質(zhì)、水文和周邊環(huán)境實(shí)際情況并參照類似工程來定。地鐵隧道在施工過程中，影響范圍內(nèi)所有建筑都做沉降觀測。大跨段地質(zhì)較好，隧道覆土厚度深，并且該段房屋都有一定的基礎(chǔ)，隧道合理的分步開挖對房屋沉降沒有造成太大的影響。軟流塑段臺階法開挖施工對房屋影響較大，該房屋修建時(shí)，基礎(chǔ)較差（原為池塘，后雜填土回填），在房屋沉降達(dá)到預(yù)警值時(shí)，監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時(shí)反饋和預(yù)測防止了意外的發(fā)生；修改了施工方案后，跟蹤監(jiān)測效果很明顯，能隨時(shí)掌握反饋隧道施工和沉降情況，進(jìn)行動態(tài)施工控制管理。房屋沉降變化同地表沉降規(guī)律基本相同，在距離隧道掌子面-1D-2D時(shí)開始受開挖影響，沉降變量為總變量的1020；距離開挖面-1D3D時(shí)沉降速率加速增長，占總變量的5080；在距離開挖面3D以后沉降開始變緩，直到5D9D以后沉降變化逐漸平穩(wěn)。6.結(jié)束語由于地表沉降控制基準(zhǔn)的確定隨工程條件變化，在工程實(shí)踐中仍處于摸索經(jīng)驗(yàn)及工程類比的階段。針對具體工程時(shí)，常常通過類比、計(jì)算和綜合考慮工程實(shí)際情況相結(jié)合的辦法找出相應(yīng)的基準(zhǔn)值。本文對城市淺埋暗挖法修建地鐵的沉降控制基準(zhǔn)問題進(jìn)行了一些嘗試性分