城市矿山法隧道施工地层损失和地层沉降规律
及其控制对策研究
帅 坤
（中国水利水电第七工程局有限公司南方分公司，广东 深圳 518000）
摘 要：随着城市地铁工程规模的不断扩大，城市矿山法隧道施工成为地铁隧道施工的重要方式，虽然采取此种方式可以降低对
地层的破坏程度，但是其仍然会造成地层出现沉降，因此本文基于多年的实践工作经验，提出优化地层沉降的控制对策。关键词：矿山法；地层损失；沉降；对策
矿山法隧道施工是以加固和处理软弱地层为前提，采取足够刚性的复合式衬砌结构，并且采取多种辅助工法以此加固围岩，从而提高隧道地层的自承能力。但是由于城市地铁隧道施工必然会触及到周围围岩的结构，进而造成地层应力重新调整，尤其是在没有做出有效支护的情况下，地层结构必然会出现变形，因此基于矿山隧道法施工所造成的底层损失的现象应该采取相应的控制对策。
1 矿山法隧道施工地层位移变化规律
在城市隧道施工中，采取矿山法隧道施工方式由于基于地层施工的影响而导致底层容易出现变形，尤其是隧道周围围岩在应力重新分布的作用下导致其由隧道四周向隧道空间移动，因此矿山施工法导致地面沉降的是地层应力和位移不断传递过程的结果。一般地层的沉降变化等是需要经过一定的时间积累完成的，例如水文条件、开挖方法等都会影响到底层沉降。结合矿山施工法的特点，其所导致的底层位移变化规律主要表现为：（1）地层位移的横向变形规律。在排除排水条件的影响下，隧道施工所导致的地表发生沉降，地层损失均匀分布在整个隧道长度上，随着地层埋深的减小，沉降槽宽度逐渐变大，高度变小；（2）地层位移的纵向变形规律。城市隧道施工必然会对整个隧道地层产生影响，进而导致土体出现损失，这样就会出现不同程度的沉降现象。一般地层变形沿纵向的沉降随着掌子面的推进时空效应而变化。整个过程可以分为微小变形阶段、变形剧增阶段、沉降缓慢区域以及沉降基本稳定区域。2 矿山法施工地层损失构成作用机理
在城市隧道施工中所产生的地层损失现象比较突出，也是严重影响隧道施工安全的重要因素。结合地层损失原因其主要分为：（1）开挖引起的地层应力状态改变，例如在城市隧道开挖的时候由于触及地层水文结构，进而导致地层的应付力出现变化，进而引起隧道出现了损失。一般隧道开挖过程中，隧道四周周岩会出现扰动，然后会向四周反应，越向远处地层其作用力就会越小；（2）衬砌背后空洞所引起的地层损失。矿山法施工采取的是初期支护和二次模筑衬砌，这样施工中所产生的荷载需要由初期支护承担，而一旦其承担力度不够就会出现空洞。
3 城市矿山法施工地层沉降控制对策
基于城市隧道施工中所采取的矿山法施工所导致底层出现沉降的问题，在具体的施工中需要采取以下举措：
3.1 加强对开挖地层的控制
地层损失是由于隧道开挖引起的底层初始地层应力改变而造成围岩变形，因此在具体的施工前必须要对施工地层土质进行改善与加固：首先在地层开挖前要进行加固处理，例如在地层开挖前需要采取预注浆法，在地质较为松软的底层注入泥浆，以此提高地层的硬度。另外要超前管棚。其主要是在隧道施工时，在工作面开挖前沿隧道顶部轮廓以一定的间距，沿洞轴进
2018年第10期行钻孔，并且在成孔之后推入钢管，以此增加隧道周岩的抗剪强度。其主要应用在隧道地表存在建筑物或者地下水较为丰富的地质情况下；其次要做好开挖过程的地层控制。在隧道施工中要做好地层的加固处理，从而降低地层出现损失。例如施工人员需要根据具体的施工要求选择相应的开挖方式，在城市隧道施工中往往采取两端开挖的方式，这样在两隧道的中线距离小于3d时就会出现叠加影响，因此在两开挖工作面的距离要控制在30m以上。
3.2 提高空洞地层损失的控制。
在隧道施工中由于各种因素容易导致隧道衬砌出现空洞，空洞的出现容易导致衬砌出现结构承受力不均的现象，因此在具体的施工中需要考虑如何减少空洞产生及做好空洞的检测工作，从而保证及时进行空洞填埋等措施。例如在城市隧道开挖的过程中由于开挖方式控制不到位，导致岩石隧道开挖的时候，由于没有做好承载面的力度控制，结果导致出现超欠挖的现象。因此在具体的施工中需要做好对空洞的质量控制。例如施工人员在施工的过程中必须要严格按照施工规范的要求进行施工，尤其是在隧道爆破的时候需要计算出准确的爆破参数，避免出现空洞。当然对于空洞也要进行加固处理，例如施工单位必须要及时对空洞利用混凝土进行填充，尤其注意的是要加强对混凝土质量的控制，一般多采取湿喷技术，这样可以增加混凝土与围岩的粘附力。
3.3 超前探测
超前探测可以分为直接和间接两种。直接超前探测法就是地质法和钻探法。间接超前探测法就是通过地面电测探、地面浅层地震法等物理技术进行探测。目前在国内外采用较普遍的就是间接探测法。在隧道施工中进行超前探测，地质雷达法一般使用的比较普遍，因为其成本费用相对较低，探测精度也较高，并且对周围的环境影响较小。所以在隧道施工时可以采用地震雷达法进行探测，分析出地质的具体情况，对于那些特殊的地质，可以有针对性的采取适当的方法，从而来减少缺陷问题。
地铁在施工和运营的过程中对沿线地层都会造成扰动，容易引起地层移动而出现各种事故。尤其是城市的地铁，其埋深比较浅，沿线的建筑物较多，更容易发生事故。所以掌握地层空洞影响下城市隧道施工引起的地层变形规律，从而找出适当的控制方法，成为了当前刻不容缓的一个问题。参考文献：
[1] 张建伟,地铁隧道下穿既有线地表沉降风险监控研究[D].北方工业大学,2016.
[2] 张顶立,李倩倩,房倩,陈立平.隧道施工影响下城市复杂地层的变形机制及预测方法[J].岩石力学与工程学报,2014(12).
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