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摘要：我国地铁隧道等工程建设正处于迅猛发展的重要时期。暗挖地铁施工对土体产生不同程度扰动或破坏，造成地层移动与变形，甚至诱发地面沉陷、基坑垮塌、隧道涌水、周边建筑物与地下管线损害等地层环境损伤问题或灾害事故。因此，地铁施工诱发地层环境损伤控制问题是亟待深入研究的重要课题。
关键词：地铁隧道施工建设 防护
中图分类号：U231文献标识码： A
前言
在当今城市地铁建设过程中，地铁隧道在地面房屋下穿越的情况日益普遍，由此带来的各种问题逐渐被人们所认识。特别是当地铁隧道在危旧或具有安全隐患的房屋下穿越时，不仅在施工期可能导致地面房屋产生开裂甚至倒塌的风险，而且地铁运营后列车长期振动及其引起的沉降将进一步加剧其风险，从而恶化地面房屋的安全状态。根据统计，近10 年来，地铁事故呈明显增长趋势，特别是北京、上海、广州等大型发达城市，主要的风险事件有塌方、涌水、火灾、地面沉降过大、围岩大变形、涌砂、地面隆起等，导致人员生命财产损失，社会负面影响，工期延误等，所以开展地铁隧道施工风险研究迫在眉睫。
一、地铁隧道施工建设影响
由于在地铁施工过程中不可避免地会产生地层的损失、局部降低地下水位和对地层的扰动，这就必然产生不同程度的地面沉降，从而对地铁施工及周边环境的安全产生不利的影响。在隧道施工中，为避免明挖法带来的大面积拆迁问题，最大限度地减少对沿线居民日常生活和出行的影响，常常采用暗挖施工。隧道矿山法施工因其工程造价明显低于盾构法，尤其在特殊地质地段，以及折返线、渡线、联络通道等复杂断面结构的隧道工程中，矿山法已成为难以取代的方法。但在城市地铁隧道矿山法施工中，如何有效地控制工程质量，确保隧道施工及其周围环境的安全，是地铁施工中必须克服的难题。因此，科学合理地确定地表沉降控制指标，以减轻、避免和消除由于地表沉降产生的不利影响是十分必要的。估计地面变形最主要是受地层损失参数的影响。本文就某地铁隧道工程施工对周边环境影响进行分析研究。
二、某地铁隧道结构形式和支护方案
1、地铁穿越线的地质、水文状况
依据野外钻探资料，地铁穿越线勘察范围内主要分布有第四系（Q）松散堆积层和燕山晚期（γ53）侵入花岗岩基岩以及燕山晚期（χ53）侵入脉岩，地铁隧道主要位于后两者花岗岩体之中。地下水类型按赋存方式分为第四系松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水两类。地下水补给来源主要为大气降水和E 游的侧向径流补给。强、中风化岩层属弱透水层。稳定水位埋深为1．50 m～8．00 m，抗浮设防水位绝对标高为8．70 m。
2、地铁隧道结构形式
地铁隧道结构的形式与隧道的施工方法密切相关。区间隧道构造常用的施工方法有明挖法、矿山法和盾构法等。因为地下结构周围的介质是千差万别的，所以不同地质条件下采用的施工方法也不尽相同，因而采用的结构形式也存在差别，目前常用的隧道施工方法下，采用的隧道结构有如下几种：明挖法修建的隧道衬砌结构、矿山法修建的隧道衬砌结构、盾构法修建的隧道衬砌结构地区上部土层较浅，隧洞主要位于完整程度较高、稳定程度较好的中、微风化花岗岩中。因此，本地区地铁隧道开挖施工方法主要为矿山法。地铁隧道区间结构采用单线单洞隧道型式，近马蹄或者圆形，如图1所示。
图1 某地铁区间隧道结构形式
3、地铁隧道支护方案
支护结构的基本作用就是保持坑道断面的使用净空，保证隧道结构的安全。按照支护作用机理，目前采用的支护大致可以归纳为以下三类：刚性支护结构、柔性结构、复合式支护。
地铁3 号线区间段根据本地区地质状况，大部分区段均采用矿山法施工。采用锚喷支护具有能充分发挥围岩的自承能力和支护材料的承载能力的特点，又适应现代支护结构原理对支护的要求。喷混凝土采用湿喷工艺，混凝土强度等级为C20。因而，初期支护采用喷锚支护，区间隧道二次衬砌采用P10，C45 模铸混凝土。二次衬砌支护结构形式如图2 所示。
图2地铁隧道区间二次衬砌
三、建筑地基基础的沉降规律及防治对策
1、地铁隧道建设引起建筑物地基基础沉降变形规律某区间线路呈南北方向，基本位于南京路现状道路下方，本区间起点里程设计全长均为756.94m。
选取里程号773 处的监测断面以及JC01- JC03 监测线监测点数据进行分析。773 监测断面正好邻近一栋商业楼，监测线垂直于大楼的纵向，JC01- JC03 监测线是针对于建筑本身沉降的监测布置，方向平行于大楼纵向，方便对建筑的沉降规律进行分析研究。
对监测区域已经进行了多次的实地监测，现对773 监测断面以及JC01- JC03 监测线监测点数据进行分析，监测线的累计沉降曲线如图3、4 所示。
图3 平行大楼纵向监测线各点沉
图4 773 监测线各点沉降
由图3 可以看出受到地下隧道开挖的影响，建筑基础处产生了沉降，由于隧道区间走向与建筑的纵向方向平行，因此沿建筑纵向基础位置沉降差别不大，最大沉降位于JD02 处，达到6.47mm，这与建筑物本身的体型有关。由图4可以看出在垂直于建筑纵向方向各监测点沉降情况，在隧道施工区上方区域的三个监测点位移最大，并且随着距离建筑的距离减小，地表的沉降值也越来越大。位于隧道区间两侧的DC01 和DC05 监测点虽然距离隧道中心的距离相同，但是DC01 监测点由于靠近建筑，其沉降值要大于另一侧的DC05 监测点。可见由于建筑物的存在，在地铁隧道的施工过程中，附近区域的沉降值要相应增大。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002），对于框架结构相邻柱基础沉降允许差值分别为：中低压缩土时为0.002L，高压缩土时0.003L。虽然目前累计沉降量不大，但考虑到目前隧道内部开挖尚未完成，后续的施工还将造成建筑物基础的下沉，因而在后期的监测过程中，特别是地下开挖到建筑物下方位置时应提高建筑物沉降的监测频率。
2、沉降变形防治对策
地表不均匀沉降(倾斜)地表过量的不均匀沉降将会造成周围建筑的开裂，高层倾斜等不利影响。国内外由于地铁施工建设引发的环境破坏以及建筑损害案例屡见不鲜。地铁开挖造成的变形控制不仅要在施工前做好准备，同时要采取科学合理的施工方法与沉降控制措施，具体有以下几个方面：
(1)施工前沉降控制措施
对地铁穿越路线中的建筑物进行调查，明确需要保护对象，然后对重点对象的基础形式、建筑规模等进行详细调查研究，在前期调研基础之上对建筑物的变形进行初期的计算，以确定合理的施工方案。在后续的施工建设当中有重点的加强监测，以确保施工期的安全，必要时进行有效的沉降控制措施。
（2）施工技术控制措施
对浅埋隧道施工为了减小地面的沉降可以采用以下几项施工技术措施： 环形开挖留核心土、超前小导管注浆支护、地表注浆加固地层、设置临时仰拱、水平旋喷超前支护、高压旋喷加固地层等方法，应根据工程具体情况、实施效果和成本等情况合理选用。
结束语
结果表明地铁施工会对导致建筑物基础产生沉降，并且附近区域的地表沉降量随与建筑距离减小而增大。说明了监控量测是整个地铁施工中很重要的一环。通过对整个暗挖施工进行的全面监测，我们得到了大量的变形数据，通过数据分析，掌握整个施工工程中的土层扰动变形規律，进而指导施工、修正设计，也为类似地质条件下同类型施工积累了丰富的经验。
参考文献
[1] 莫海鸿,邓飞皇,王军辉.营运期地铁盾构隧道动力响应分析[J]. 岩石力学与工程学报. 2006(S2)
[2] 周念清,唐益群,王建秀,张曦,洪军.饱和粘性土体中孔隙水压力对地铁振动荷载响应特征分析[J]. 岩土工程学报. 2006(12)
[3] 宫全美,徐勇,周顺华.地铁运行荷载引起的隧道地基土动力响应分析[J]. 中国铁道科学. 2005(05)
[4] 唐益群,黄雨,叶为民,王艳玲.地铁列车荷载作用下隧道周围土体的临界动应力比和动应变分析[J]. 岩石力学与工程学报. 2003(09)
关键词：地铁隧道施工建设 防护
中图分类号：U231文献标识码： A
前言
在当今城市地铁建设过程中，地铁隧道在地面房屋下穿越的情况日益普遍，由此带来的各种问题逐渐被人们所认识。特别是当地铁隧道在危旧或具有安全隐患的房屋下穿越时，不仅在施工期可能导致地面房屋产生开裂甚至倒塌的风险，而且地铁运营后列车长期振动及其引起的沉降将进一步加剧其风险，从而恶化地面房屋的安全状态。根据统计，近10 年来，地铁事故呈明显增长趋势，特别是北京、上海、广州等大型发达城市，主要的风险事件有塌方、涌水、火灾、地面沉降过大、围岩大变形、涌砂、地面隆起等，导致人员生命财产损失，社会负面影响，工期延误等，所以开展地铁隧道施工风险研究迫在眉睫。
一、地铁隧道施工建设影响
由于在地铁施工过程中不可避免地会产生地层的损失、局部降低地下水位和对地层的扰动，这就必然产生不同程度的地面沉降，从而对地铁施工及周边环境的安全产生不利的影响。在隧道施工中，为避免明挖法带来的大面积拆迁问题，最大限度地减少对沿线居民日常生活和出行的影响，常常采用暗挖施工。隧道矿山法施工因其工程造价明显低于盾构法，尤其在特殊地质地段，以及折返线、渡线、联络通道等复杂断面结构的隧道工程中，矿山法已成为难以取代的方法。但在城市地铁隧道矿山法施工中，如何有效地控制工程质量，确保隧道施工及其周围环境的安全，是地铁施工中必须克服的难题。因此，科学合理地确定地表沉降控制指标，以减轻、避免和消除由于地表沉降产生的不利影响是十分必要的。估计地面变形最主要是受地层损失参数的影响。本文就某地铁隧道工程施工对周边环境影响进行分析研究。
二、某地铁隧道结构形式和支护方案
1、地铁穿越线的地质、水文状况
依据野外钻探资料，地铁穿越线勘察范围内主要分布有第四系（Q）松散堆积层和燕山晚期（γ53）侵入花岗岩基岩以及燕山晚期（χ53）侵入脉岩，地铁隧道主要位于后两者花岗岩体之中。地下水类型按赋存方式分为第四系松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水两类。地下水补给来源主要为大气降水和E 游的侧向径流补给。强、中风化岩层属弱透水层。稳定水位埋深为1．50 m～8．00 m，抗浮设防水位绝对标高为8．70 m。
2、地铁隧道结构形式
地铁隧道结构的形式与隧道的施工方法密切相关。区间隧道构造常用的施工方法有明挖法、矿山法和盾构法等。因为地下结构周围的介质是千差万别的，所以不同地质条件下采用的施工方法也不尽相同，因而采用的结构形式也存在差别，目前常用的隧道施工方法下，采用的隧道结构有如下几种：明挖法修建的隧道衬砌结构、矿山法修建的隧道衬砌结构、盾构法修建的隧道衬砌结构地区上部土层较浅，隧洞主要位于完整程度较高、稳定程度较好的中、微风化花岗岩中。因此，本地区地铁隧道开挖施工方法主要为矿山法。地铁隧道区间结构采用单线单洞隧道型式，近马蹄或者圆形，如图1所示。
图1 某地铁区间隧道结构形式
3、地铁隧道支护方案
支护结构的基本作用就是保持坑道断面的使用净空，保证隧道结构的安全。按照支护作用机理，目前采用的支护大致可以归纳为以下三类：刚性支护结构、柔性结构、复合式支护。
地铁3 号线区间段根据本地区地质状况，大部分区段均采用矿山法施工。采用锚喷支护具有能充分发挥围岩的自承能力和支护材料的承载能力的特点，又适应现代支护结构原理对支护的要求。喷混凝土采用湿喷工艺，混凝土强度等级为C20。因而，初期支护采用喷锚支护，区间隧道二次衬砌采用P10，C45 模铸混凝土。二次衬砌支护结构形式如图2 所示。
图2地铁隧道区间二次衬砌
三、建筑地基基础的沉降规律及防治对策
1、地铁隧道建设引起建筑物地基基础沉降变形规律某区间线路呈南北方向，基本位于南京路现状道路下方，本区间起点里程设计全长均为756.94m。
选取里程号773 处的监测断面以及JC01- JC03 监测线监测点数据进行分析。773 监测断面正好邻近一栋商业楼，监测线垂直于大楼的纵向，JC01- JC03 监测线是针对于建筑本身沉降的监测布置，方向平行于大楼纵向，方便对建筑的沉降规律进行分析研究。
对监测区域已经进行了多次的实地监测，现对773 监测断面以及JC01- JC03 监测线监测点数据进行分析，监测线的累计沉降曲线如图3、4 所示。
图3 平行大楼纵向监测线各点沉
图4 773 监测线各点沉降
由图3 可以看出受到地下隧道开挖的影响，建筑基础处产生了沉降，由于隧道区间走向与建筑的纵向方向平行，因此沿建筑纵向基础位置沉降差别不大，最大沉降位于JD02 处，达到6.47mm，这与建筑物本身的体型有关。由图4可以看出在垂直于建筑纵向方向各监测点沉降情况，在隧道施工区上方区域的三个监测点位移最大，并且随着距离建筑的距离减小，地表的沉降值也越来越大。位于隧道区间两侧的DC01 和DC05 监测点虽然距离隧道中心的距离相同，但是DC01 监测点由于靠近建筑，其沉降值要大于另一侧的DC05 监测点。可见由于建筑物的存在，在地铁隧道的施工过程中，附近区域的沉降值要相应增大。
根据《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002），对于框架结构相邻柱基础沉降允许差值分别为：中低压缩土时为0.002L，高压缩土时0.003L。虽然目前累计沉降量不大，但考虑到目前隧道内部开挖尚未完成，后续的施工还将造成建筑物基础的下沉，因而在后期的监测过程中，特别是地下开挖到建筑物下方位置时应提高建筑物沉降的监测频率。
2、沉降变形防治对策
地表不均匀沉降(倾斜)地表过量的不均匀沉降将会造成周围建筑的开裂，高层倾斜等不利影响。国内外由于地铁施工建设引发的环境破坏以及建筑损害案例屡见不鲜。地铁开挖造成的变形控制不仅要在施工前做好准备，同时要采取科学合理的施工方法与沉降控制措施，具体有以下几个方面：
(1)施工前沉降控制措施
对地铁穿越路线中的建筑物进行调查，明确需要保护对象，然后对重点对象的基础形式、建筑规模等进行详细调查研究，在前期调研基础之上对建筑物的变形进行初期的计算，以确定合理的施工方案。在后续的施工建设当中有重点的加强监测，以确保施工期的安全，必要时进行有效的沉降控制措施。
（2）施工技术控制措施
对浅埋隧道施工为了减小地面的沉降可以采用以下几项施工技术措施： 环形开挖留核心土、超前小导管注浆支护、地表注浆加固地层、设置临时仰拱、水平旋喷超前支护、高压旋喷加固地层等方法，应根据工程具体情况、实施效果和成本等情况合理选用。
结束语
结果表明地铁施工会对导致建筑物基础产生沉降，并且附近区域的地表沉降量随与建筑距离减小而增大。说明了监控量测是整个地铁施工中很重要的一环。通过对整个暗挖施工进行的全面监测，我们得到了大量的变形数据，通过数据分析，掌握整个施工工程中的土层扰动变形規律，进而指导施工、修正设计，也为类似地质条件下同类型施工积累了丰富的经验。
参考文献
[1] 莫海鸿,邓飞皇,王军辉.营运期地铁盾构隧道动力响应分析[J]. 岩石力学与工程学报. 2006(S2)
[2] 周念清,唐益群,王建秀,张曦,洪军.饱和粘性土体中孔隙水压力对地铁振动荷载响应特征分析[J]. 岩土工程学报. 2006(12)
[3] 宫全美,徐勇,周顺华.地铁运行荷载引起的隧道地基土动力响应分析[J]. 中国铁道科学. 2005(05)
[4] 唐益群,黄雨,叶为民,王艳玲.地铁列车荷载作用下隧道周围土体的临界动应力比和动应变分析[J]. 岩石力学与工程学报. 2003(09)