浅埋矿山法隧道不同工法开挖对地表沉降的影响分析

李伟铿

摘要：因为隧道工程对技术的要求比较严格，而不同的浅埋暗挖工法对地表的沉降变形有一定的预防作用，所以选用科学合理的开挖方法就显得尤其重要。

关键词：隧道工程；地表沉降；现状分析；应对措施；

隧道工程本身是一项地下工程，再加上建设项目本身比较复杂，所以在对隧道进行施工时就要特别注意地表沉降问题的发生，故针对地铁隧道出现的不同情况选择不同的浅埋暗挖方法。

一、不同浅埋暗挖法的特点

浅埋暗挖法作为一种灵活多变、造价较低、对地面环境影响小等的施工方法，在城市地铁、市政地下工程、城市管网及地下空间的其他浅埋地下结构物的工程设计与施工中得到广泛应用。其开挖工法主要有全断面法、台阶法、中隔墙法（CD工法）、交叉中隔墙法（CRD工法）、双侧壁导坑法、单侧壁导坑法、中洞法、侧洞法、洞桩法等。

1.全断面开挖施工方法。地下工程施工过程中按照隧道设计的设计轮廓线一次开挖成型（主要是爆破或机械开挖），随后构筑衬砌的施工方法称之为全断面开挖法。该法的优点是施工工序少，开挖对围岩的扰动次数少，相互干扰少，有利于围岩压力拱的形成。

2.台阶法施工方法。台阶法施工实质上是全断面法的一种变化方案，就是将断面分成两个或多个部分，然后分步开挖。在浅埋暗挖所有开挖工法中台阶法能够较早的使支护结构闭合，并对结构变形及地表沉降的控制较严格，故其应用最广，在实际工程施工过程中由于地层条件、工程实际和机械条件各不相同，所采用的台阶开挖方式及台阶长度也各不相同。

3.单侧壁导坑超前台阶方法。单侧壁导坑法主要适用于开挖断面较大、地质条件较差，台阶法开挖不能有效控制支护结构及地层变形的区域。采用该法开挖时，先进行侧导坑的施工，一般导坑超前的距离大于2倍的洞跨，同时及时进行初衬的施工。

4.CD工法与CRD工法。中隔墙法也称CD工法，是在软弱围岩中施工大跨度隧道时，先对隧道的一侧进行分部开挖，并施作中隔壁，然后再开挖隧道另一侧的施工方法，主要适用于地层较差、岩体不稳定以及对地面沉降要求严格的地下工程施工。CRD工法相对于CD工法的主要不同之处在于将两导洞施工变换为多导洞施工，各个导洞施工中支护结构能及时的临时封闭成环从而施工步序的受力系统完整，能有效的控制结构变形。

5.特大断面施工方法在地质条件特别差的地层中进行特大断面施工时，例如常见的地下商业街、多跨连拱大型地铁站、地下停车场等。常用的施工方法主要有中洞法、侧洞法、柱洞法及盖挖逆挖法等方法施工，其核心思想均是将大跨度断面转化为中小断面，并及时衬砌支护，提高施工安全度。

二、地铁隧道施工中浅埋暗挖导致地表沉降的现状分析

随着地铁隧道浅埋暗挖的施工，隧道开挖会不可避免地扰动附近地层原有的平衡状态，引起应力重分布和地层变形，构成对地表及地表建（构）筑物的附加荷载，并使其发生变形，估算浅埋隧道开挖引起的地层应力和变形，主要的预测方法包括经验法、解析法、数值法和模型试验法。

1.基于经验法的地铁隧道施工地表沉降预测方法。Schmidt-Peck横向预测地表沉降方法于1969年在墨西哥土力学及地基基础工程国际会议被Peck提出，它是最早预测地表沉降的方法。该理论认为在地下挖去一块微小介质后引起的地面下沉曲线为高斯分布曲线。将地表沉降所形成的沉降槽的曲线形态以数学形式加以表现，逐步对地表沉降分布、最大沉降量等进行理论和经验上的推断。

2.基于解析法的地铁隧道施工地表沉降预测方法。随着研究的深入，许多学者将其他学科的研究成果引入到隧道地层变形研究中，将地基土作为弹性、弹塑性、粘弹塑性体考虑，孙钧等利用粘弹塑性理论，对圆形隧道围岩和衬砌进行了较简单的边界条件和初始条件的粘弹塑性分析并作出解答。

3.基于数值模拟的地铁隧道施工地表沉降预测方法。计算机的出现为数值分析提供了强有力的工具，而借助计算机可以较全面地考虑影响地表移动及变形的众多主要因素，较为准确地预计隧道施工引起的地表移动及变形。

三、地铁隧道中浅埋暗挖法对地表沉降的影响

通过对浅埋暗挖地铁隧道几种典型施工方法的数值模拟计算与分析，可得出浅埋暗挖地铁隧道对地表沉降的影响：

1.软弱围岩下大断面浅埋暗挖地铁隧道不同工法对地表沉降影响显著，不同的施工方法引起的地表沉降量从大到小依次为：CD法、CRD法、双侧壁导坑法。在围岩条件较好情况下，CD法施工引起的地表沉降也能控制在30mm范围内，因此，建议地铁隧道设计与施工过程中应根据地面沉降控制标准和地层条件选择合适的施工方法，特别是在围岩条件变化时应合理的变换施工方法来满足地表沉降要求，同时又节约工程造价。

2.在围岩条件较差时，先开挖一侧土体对后开挖一侧土体的地表沉降有一定影响，表现在地表最终沉降曲线中心稍偏向后开挖一侧土体，并且在地表距隧道中线相同距离处，后开挖一侧沉降稍大于先开挖一侧；随着围岩条件变好，这种现象减弱。因此，建议围岩较差时先开挖对地表沉降要求严格的一侧土体。

3.数值模拟中发现：大管棚注浆对围岩进行预支护能很好地控制围岩变形；软弱围岩下浅埋暗挖地铁隧道施工土体变形较快，尤其是拱底隆起较严重，因此必须及时施作初期支护封闭成环，并且要及时仰拱回填，以防止围岩产生大变形。

四、有效控制地表沉降的应对对策

因为地表沉降和地层变形是由多种因素共同作用引起的，控制地表沉降值常见的对策主要有以下几个方面：

1.浅埋暗挖工程必须严格按照前人施工过程中总结出施工经验，随着地质条件的差异而灵活运用。在施工过程中需注重注浆效果。“短开挖，强支护”即在分布开挖或全断面开挖过程中需要尽量缩短每个开挖循环的进尺，从而减少临空面的出现，开挖完成后需合理及时的进行支护结构的施作并保证支护结构的质量（刚度和强度等），确保支护结构能适应围岩变形。“快封闭，勤量测”则是及时对每个开挖部进行封闭成环，使支护结构尽快成为一个整体从而提高其受岩体荷载的能力，准确及时的信息回馈才能正确的引导工程的施工。

2.合理的埋深及开挖工法。在相同地质条件下，不同的埋深对地表沉降的影响会有一定的差别，一般来说埋深越深对地表的影响越小，当足够深时地下施工便不会对地表产生影响。当埋深条件一定时不同开挖工法产生地表沉降量也有较大区别，开挖部越多地表沉降量往往越小，但开挖部的增多也会带来工期的增长和经济上的浪费。

3.现场施工必须要严格按设计的要求来进行，在施工过程当中控制岩体的开挖量，尽可能降低超挖欠挖的现象，对已经超挖区域需喷射高强度混凝土填实，从而防止初支与围岩之间留有空隙，引起地层沉降。

4.在双线隧道施工中应适当增加左右线之间的距离，从而减少由两隧道开挖产生的相互叠加的影响。

5.采用钻爆发施工时应严格控制放药量及各段之间的爆破时差，最小程度的减少爆破对上覆地层的扰动从而减小地表变形。

总之，由于隧道施工过程和开挖顺序的不同都会引起各自不同的应力和应变的非线性历程，最终导致不同的力学效应。地铁隧道的施工中，由于需要分部开挖，那么开挖顺序的不同，导致的“群洞效应”作用的大小也不一样，因此制定开挖方案时，应注意采取较为优化的方案应避免出现“群洞效应”，以保证地铁隧道施工安全。隧道施工过程，由于开挖顺序不一样引起的地表沉降和沉降槽的宽度也不一样，在施工过程中应选择合适的施工方案，有利于保护地铁隧道上部建筑物、管线等，同时还要采取积极的施工措施如跟踪注浆等确保隧道上方环境安全。

参考文献;

[1]王礼.浅埋暗挖地铁隧道不同工法对地表沉降的影响.2020.

[2]姚梦.浅埋特大断面矿山法隧道不同工法开挖对地表沉降的影响探讨.2021.