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地鐵隧道內(nèi)沉降測(cè)點(diǎn)、差異沉降點(diǎn)的布置和施測(cè)方法，以及沉降曲線擬合及分析，討論隧道結(jié)構(gòu)的沉降情況、規(guī)律及成因，為運(yùn)營(yíng)隧道的維修管理提供經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞 地鐵隧道；沉降監(jiān)測(cè)；維修；管理
前言
隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，軌道交通建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，已將成為城市公共交通的重要支柱。地鐵隧道結(jié)構(gòu)的安全愈顯重要。隧道變形的穩(wěn)定可控是地鐵安全運(yùn)營(yíng)的重要保障之一，隧道結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè)是了解和掌握隧道結(jié)構(gòu)變化、及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害和判斷其安全狀況的必要方法和手段。通過(guò)對(duì)地鐵主體結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，記錄整治方案，系統(tǒng)地整理、積累資料，及時(shí)掌握現(xiàn)有建成地鐵工程運(yùn)營(yíng)的變形情況，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，可為病害治理提供可靠依據(jù)，也可為今后相關(guān)工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位借鑒。
1 沉降監(jiān)測(cè)實(shí)施
地鐵隧道運(yùn)營(yíng)期主要是監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)的底板沉降，實(shí)質(zhì)上是對(duì)道床的監(jiān)測(cè)，主要包括區(qū)間隧道的沉降監(jiān)測(cè)和隧道與地下車(chē)站交接處的沉降差異監(jiān)測(cè)。
1.1基準(zhǔn)點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)布設(shè)
地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形主要關(guān)注的是隧道相對(duì)區(qū)間兩側(cè)車(chē)站的垂直位移，因地下車(chē)站結(jié)構(gòu)體較大，相對(duì)隧道要穩(wěn)定得多，因此將車(chē)站內(nèi)的所有工作基點(diǎn)組成監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)。對(duì)于區(qū)間隧道，以設(shè)于區(qū)間兩端車(chē)站內(nèi)的基準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)，與兩車(chē)站之間的上、下行隧道高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別組成附合水準(zhǔn)路線; 對(duì)于折返線、出入段線隧道，則以一端車(chē)站上、下行線的基準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)，分別與上、下行線的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成閉合水準(zhǔn)路線，按國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求施測(cè)。隧道沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在道床的兩軌之間，一般每隔30 m 左右設(shè)置1 個(gè)點(diǎn)，在小半徑曲線、不同結(jié)構(gòu)的接縫處、沉管隧道管節(jié)接頭處等地方加密布設(shè)。
1.2水準(zhǔn)觀測(cè)技術(shù)要求
沉降變形測(cè)量等級(jí)選定為JGJ/T8～2007《建筑變形測(cè)量規(guī)程》中的二級(jí)，觀測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差不大于0.5mm，往返校差、附合或閉合環(huán)線閉合差不大于0.60mm( n為測(cè)站數(shù)，高于二級(jí)精度) ，同時(shí)結(jié)合變形監(jiān)測(cè)的具體特點(diǎn)，并采取“三固定”( 人員固定、站位固定、儀器固定) 的措施來(lái)提高觀測(cè)精度。
2 隧道的沉降原因分析
引起隧道運(yùn)營(yíng)期的沉降因素很多，主要有地質(zhì)因素、周邊復(fù)雜環(huán)境及地面荷載變化顯著等方面。巖層風(fēng)化程度和單軸抗壓強(qiáng)度變化大，沿線地層變化劇烈，起伏大，地下水非常豐富，周邊建筑施工時(shí)有發(fā)生。地鐵隧道結(jié)構(gòu)的沉降主要由以下因素所致。
2.1 隧道下臥軟弱地層
在下臥土層長(zhǎng)期固結(jié)沉降的過(guò)程中，不同性質(zhì)土層的固結(jié)沉降量差異很大，達(dá)到沉降穩(wěn)定的所需時(shí)間也各不相同，導(dǎo)致隧道因?yàn)檠乜v向土性分布不均勻而產(chǎn)生差異沉降。
2.2 隧道上方增加地面荷載
隧道建成后隧道下部土體的反力小于未修建隧道前此處土的自重應(yīng)力，隧道下臥土層壓縮模量比修建隧道以前有所降低，如在隧道上方增加荷載地面加載，受施工擾動(dòng)的隧道下臥土層的長(zhǎng)期次固結(jié)將繼續(xù)。2.3 隧道鄰近建筑施工的影響
在地鐵控制保護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行的建筑施工都會(huì)引起地鐵結(jié)構(gòu)不同程度的沉降、位移及變形。深基坑開(kāi)挖過(guò)程實(shí)際上是卸載的過(guò)程，地鐵隧道鄰近的深基坑開(kāi)挖對(duì)隧道的影響主要有：一是深基坑施工要抽走大量的水，從而引起地下水位的下降，各地層在水位下降誘發(fā)的附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生壓縮，因不同地方壓縮量不同從而引起隧道縱向的不均勻沉降，另外抽水也可能引起隧道下臥土層水土流失造成破壞性縱向變形; 二是基坑開(kāi)挖引起圍護(hù)的側(cè)向位移和坑內(nèi)隆起使得坑外地層沉降，導(dǎo)致隧道隨之沉降;三是基坑開(kāi)挖引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)的側(cè)向水平位移，導(dǎo)致隧道發(fā)生撓曲變形。 
2.4 隧道穿越的影響
隨著城市軌道交通網(wǎng)的不斷發(fā)展，使得不同隧道形成空間交叉穿越的現(xiàn)象越來(lái)越多，后續(xù)線路施工自然要穿越既有線路，另外，還有大量市政隧道( 或通道) 在地鐵隧道附近或上下部穿越施工。后建隧道對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)，會(huì)在隧道橫向的地層中形成一個(gè)近似正態(tài)分布的沉降槽，導(dǎo)致已建隧道產(chǎn)生縱向的不均勻沉降，而在不同的地質(zhì)條件下穿越施工會(huì)引起不同的隧道沉降。
2.5 建設(shè)期隧道施工工藝及質(zhì)量
建設(shè)時(shí)期采用不同的施工設(shè)備、施工工藝、施工參數(shù)、注漿材料和施工過(guò)程中對(duì)環(huán)境擾動(dòng)程度和擾動(dòng)范圍不同，由此而引起地鐵投入運(yùn)營(yíng)后的地鐵結(jié)構(gòu)沉降變形影響不同。盾構(gòu)法隧道施工管片壁后的注漿填充程度、注漿材料對(duì)隧道的沉降穩(wěn)定也密切相關(guān)，礦山法開(kāi)挖及初支，盾構(gòu)拼裝管片作為二襯方法的特殊工法，施工時(shí)對(duì)管片與礦山法隧道初支間的空隙進(jìn)行充填，由于施工工藝造成局部管片背后仍存在空隙，因而運(yùn)營(yíng)后隨著列車(chē)運(yùn)行的增多，上部荷載及振動(dòng)不斷增大，隧道沉降仍有可能繼續(xù)發(fā)展。
2.6 地鐵列車(chē)振動(dòng)及隧道滲漏 
地鐵隧道在運(yùn)營(yíng)期間，受到地鐵列車(chē)振動(dòng)荷載的長(zhǎng)期反復(fù)作用與隧道存在不同程度滲漏的影響。研究表明:列車(chē)振動(dòng)荷載引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移很小，但在列車(chē)振動(dòng)荷載長(zhǎng)期反復(fù)作用下，可能會(huì)引起隧道下臥的飽和砂土層液化、飽和黏土振陷、花崗巖殘積土軟化等。列車(chē)動(dòng)載引起的地基土沉降以塑性變形為主，在運(yùn)行初期就達(dá)到相當(dāng)大的沉降量，隨著運(yùn)行次數(shù)的增多，沉降的增加趨勢(shì)逐漸減弱，但其長(zhǎng)期累積作用不可忽視。
3隧道維修管理對(duì)策 
隧道沉降不能掉以輕心，周邊鄰近建筑施工的影響、環(huán)境的變化等可能會(huì)造成隧道沉降的顯著變化，必須保持密切的監(jiān)控，并且結(jié)合日常檢查、隧道專項(xiàng)檢查、線路維護(hù)情況等分析，采取相應(yīng)的措施。
3.1 隧道檢查
從隧道及地下工程的維修經(jīng)驗(yàn)看，通用維修管理模式是:檢查→發(fā)現(xiàn)變異→推定變異原因→明確變異后結(jié)構(gòu)物的健全度→制訂相應(yīng)的整治措施→整治。采取“勤檢查、早發(fā)現(xiàn)、少維修”的維修管理模式。檢查手段有日常檢查(目視、敲擊等) 、裂縫觀察、沉降監(jiān)測(cè)、襯砌(管片)的鋼筋及混凝土無(wú)損檢測(cè)、圍巖檢測(cè)等。沉降監(jiān)測(cè)采用每年兩次例行沉降監(jiān)測(cè)、結(jié)合加密監(jiān)測(cè)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)的模式。加密監(jiān)測(cè)是在例行監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)沉降異常后實(shí)施的，自動(dòng)監(jiān)測(cè)是在地鐵隧道旁進(jìn)行建筑施工活動(dòng)時(shí)，為了及時(shí)準(zhǔn)確地掌握施工過(guò)程對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響，確保地鐵隧道結(jié)構(gòu)和地鐵列車(chē)運(yùn)營(yíng)安全而采取的監(jiān)測(cè)方法。
3.2 隧道沉降限值
對(duì)于地鐵隧道鄰近建筑施工引起的隧道沉降，可根據(jù)隧道的不同狀況，把10～20mm作為隧道沉降的控制值，但在隧道已經(jīng)有相當(dāng)沉降量的情況下則需要專門(mén)評(píng)估分析。對(duì)于沉降速率，日本鐵路隧道的健全度評(píng)定辦法是把變形速率達(dá)10mm/年者定為AA級(jí)(最嚴(yán)重級(jí)) ，《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》中也把隧道變形速率大于10mm/年者定為嚴(yán)重病害，需要立即查明原因，采取相應(yīng)措施?？梢詤⒖艰F路的經(jīng)驗(yàn)把沉降速率10mm/年作為一個(gè)極限值。需要注意的是，不同地段的線路狀況不一樣，要密切關(guān)注隧道沉降大的地段的線路變化情況。
3.3 維修對(duì)策
維修管理中，在充分調(diào)查的基礎(chǔ)上判定引起隧道沉降的主要原因十分重要，以便做到“對(duì)癥下藥”。如果在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間隧道沉降不收斂，其沉降值或速率已接近限值，這時(shí)必須采取整治措施，針對(duì)不同原因采取不同的整治方法:由隧道下臥地層承載力不足的沉降，采取在隧道底注漿等方法提高其承載力，從而達(dá)到控制沉降的目的; 對(duì)于隧道上方增加的地面荷載，則必須減少、清除或者控制這些增加的荷載; 對(duì)于影響隧道鄰近、穿越的地鐵施工，要嚴(yán)格控制其施工方案，如基坑施工不得大幅降水，優(yōu)化基坑支護(hù)方案、開(kāi)挖方案，調(diào)整其施工參數(shù)等，使其在施工完成后一段時(shí)間后隧道沉降達(dá)到穩(wěn)定; 對(duì)于隧道管片后注漿不充分、砌襯有空腔等情況，采用充填注漿的辦法進(jìn)行加固; 在維修過(guò)程中注意對(duì)隧道滲漏水的治理，及時(shí)封堵滲漏水大的處所，控制排水量，另外對(duì)軌道的波浪形磨耗要及時(shí)打磨，加強(qiáng)線路維護(hù)，減輕由于地鐵列車(chē)振動(dòng)及滲漏對(duì)隧道沉降的影響。
4結(jié)語(yǔ)
1) 用監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量和沉降速率曲線圖，可客觀、全面地展示和分析隧道全線的整體變形狀態(tài)沉降的趨勢(shì)，便于地鐵管理部門(mén)的正確決策。
2) 地鐵隧道沉降監(jiān)測(cè)要注意長(zhǎng)期積累數(shù)據(jù)，對(duì)累計(jì)沉降大的地段要結(jié)合工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、地面建筑、沉降速率、收斂監(jiān)測(cè)等綜合分析評(píng)估，必要時(shí)采取相應(yīng)的措施。
3)鄰近的建筑活動(dòng)等影響因素眾多，因此必須加強(qiáng)地鐵設(shè)施保護(hù)，嚴(yán)格控制地鐵控制保護(hù)區(qū)內(nèi)的施工。
4) 城市地鐵隧道有一定的沉降在所難免，其結(jié)構(gòu)承載能力的影響因素復(fù)雜，隧道沉降曲線半徑監(jiān)界值、隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估、結(jié)構(gòu)剩余壽命的評(píng)估等還需作深入研究。
5) 應(yīng)該在設(shè)計(jì)、施工階段就考慮今后的隧道管理管理問(wèn)題，有必要進(jìn)一步完善現(xiàn)有隧道的維修管理模式、隧道的檢查及檢測(cè)方法。