地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测

　　现在由于我国在变形监测方面工作存在一定的滞后，使得在对城市的地铁隧道的施工过程中对拱顶下沉的测量值仅仅是实际沉降量的部分，而且这种占用的比例由于地层条件的差异也会变化，而这种对下沉量的测量值的准确度直接关系到隧道在支护方面的设计情况，在挖掘隧道的过程中会对地层造成一定的影响，这种影响一般会使得在挖掘之前的十米范围内地层发生变形，因而在实际的测量下沉值的时候通常会考虑施工前后和测量的条件，一般会在开挖面2~3步距之后才进行拱顶下沉的测量，因而存在一定的误差，无法对真实的拱顶下沉进行反映，而在对地表的沉降测量时从开挖的时候就进行，因而可以有效的反映沉降的过程，这就使得结果更加的复杂。

　　一.拱顶下沉相关概述

　　由于拱顶在下沉的过程中随着挖掘工程的进行，会对地层造成一定的影响，而且底层之间也存在一定的差异性，因而拱顶的下沉曲线也不尽相同，山岭的隧道由于处在较深的地方而且隧道周围的岩石硬度和强度都较高，所以在开挖面之前通常变形量较小，而变形主要是在开挖之后，所以此处的测量的数值能够较为真实的反映场地情况，而如果在软弱的地层或者富水含砂的地层，开挖的地方拱顶的下沉量就会较大，这时候所测的下沉值就与实际不太相符，甚至差异性有时还很大。因而这就需要对挖掘的地层进行详细的探讨和有效的分析，从而更加准确的对拱顶的下沉值进行测量和记录。

　　二.拱顶的下沉回归性分析

　　针对施工中滞后观测的拱顶下沉随掌子面推进距离关系曲线数据可以采用指数函数进行回归，也就是：

　　通常施工的监测要滞后于掌子面X0的距离，这时候就会出现一个未测到的拱顶下沉量Y0，因此，通过滞后的量测数据预测拱顶总下沉值可由图 4 给出沉降的发展主要集中在(1 1.5)D 范围内 故可以通过指数函数对实测数据回归然后给出1D 范围内的下沉值(Y1D )与拱顶最终下沉值(Yf )的定量关系并与零距离量测值(可通过预先设置的深部基点测得)进行验证得到最佳的回归方法

　　通过有效的回归分析之后，可以得到：隧道施工引起的拱顶下沉过程遵循一定规律在现场量测的基础上运用指数函数回归可以得到无法量测的下沉值。与此同时，如果 1D 范围内的量测值较少则可以通过分析1.5D 范围内的拱顶下沉值(Y1.5D)与拱顶最终下沉值(Yf )的定量关系并比较回归效果得到总下沉值。

　　拱顶下沉还应包括超前部分(YG1)，与地表沉降一致，但该部分沉降在隧道开挖前及开挖自稳时间内发生，零距离观测也无法达到，其值占总位移的40%左右，这部分沉降还是相当大的，但对掌子面的稳定性影响不大，图 中从掌子面通过后曲线可以用指数函数回归，这也验证了前文中指数回归的正确性，且计算中1D 范围内拱顶下沉(Y1D )与掌子面通过到稳定后的拱顶最终下沉值(Yf)满足式子： 。

　　我们结合有效的测量数值计算以及后续的实际量测结果，在必要的时候对地层的分层沉降进行一定的分析和有效的监测，可以对所超前饿那部分以及量测部分得到的拱顶沉降的真是情况进行一定的分析和预测，从而我们可以对地层的变形和围岩的稳定性进行相对全面的评价，从而可以为施工的工艺以及拱顶的支护参数提供较为可靠的依据，方便其进行构建和调整，为整体工程的安全和可靠做出一定的保障，使得隧道的使用期限更长，安全程度更高。

　　三.浅析拱顶的下沉与地表的沉降之间的关系

　　通过有效的监测和实验分析，我们可以知道，软土的地铁隧道在施工作业的过程中会使得地层发生一定的变形，由于这种变形使得拱顶下沉与地表的沉降之间的关系随之改变，造成地层变形的原因还有开挖时候的应力释放以及地下水的流失等，根据对不同的地层进行一定的归纳研究，我们得出了下面的结论：

　　a.在普遍的地层段，有较厚的隔水层，因而具有很强的隔水性能，这种地质在进行开挖和安装拱部、拱脚过程中基本上没有渗水的情况发生，因而只需要考虑开挖对于地层的影响，这种情况通常是拱顶的下沉要比地表的下沉大。

　　b.在遇到挖掘的地层毗邻砂层或者较薄的隔水层时，开挖面以及拱脚都会出现渗水的情况，在考虑到地下水以及开挖的应力释放对于地层的影响之后，拱顶的下沉同地表的沉降之间的相差不是很大。

　　c. 砂层的地段在考虑了开挖的应力释放以及地下水的渗透作用对地层变形的影响之后，而且地下水的影响更甚时，那么拱顶的下沉就会要比地表的沉降小，因为砂层和地下水的存在，隧道的拱部的前方通常会发生涌水或者涌泥的状况，容易造成一定的砂层流失，这流失的砂层对最终的沉降量影响很大。

　　因而，如果扣除流失的地层这部分损失，那么隧道在开挖应力释放所造成的地表沉降同拱顶沉降之间的关系仍然与普通的地层所有条件存在时相符，也就是拱顶的下沉要比地表的沉降度大，同时在对存在较大变形的软土隧道工程进行观测时要保证能够及时进行，从上面的指数回归中可以看到，在ID的有效范围之内的话，拱顶的下沉的测量基本上是占到最终下沉的65%左右，因而对这部分进行有效的观测和分析对于整体的地铁隧道稳定和安全都有重大的作用。

　　四.总论

　　在软土的地层挖掘的地铁隧道，由于施工的作用所引起的拱顶下沉与地表的沉降之间的关系会由于地层的不同条件而呈现出比较复杂的状况，再加上开挖和地下水等条件的影响，使得在某些地方进行有效的加固进行防止渗水作用还是很有必要的。而由于在软土层富含水的地段会发生拱顶下沉超前的状况，因而在地铁隧道开挖之后就要对各个观测点进行及时而有效的观测，从而方便对隧道的拱顶下沉进行准确而及时的把握。

　　参考文献

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