地铁隧道暗挖施工变形预测控制技术研究

摘要：地铁工程的建设方便了人们的生活，缓解了交通堵塞问题，因此也是越来越受到人们的关注。在地铁中使用暗挖施工变形预测控制技术能为工程质量提供一定的保障，并且变形分配预测控制理论是集勘测、预测、监测、对策于一体的理论体系,与浅埋暗挖法的18字方针环环相扣,有效的贯穿于施工的全过程。因此加强对地铁隧道暗挖施工变形预测控制技术的研究非常有必要，对此本文分析了地铁隧道暗挖施工变形预测控制技术相关方面。

关键词：地铁隧道；暗挖施工；变形预测；控制技术

中图分类号：U231文献标识码： A

1、变形预测控制理论概述

地铁隧道暗挖施工非常的复杂，其涉及的范围非常的广泛，同时其属于动态的变化中，因此它对于地表的沉降会产生一个动态的影响，对于这种情况，需要我们将地表沉降的控制标准具体划分到每一个工序中，从而能够形成一个具体的有针对性的施工标准或者是控制指标，将每一个工序的沉降量进一步控制，能够为工程的安全管理提供一定的保障，其也就是我们常说的变形预测控制原理。变形分配控制方法主要是结合了多个方面的系统工程，包括集预测变形、规划变形和控制变形，最主要的本质是能够在浅埋暗挖施工中熟练的应用最终地表的控制标准，同时因为它贯穿于整个工程建设中，因此也是达到了整个过程的状态转化。为了能够进一步实现变形分配控制，必须要做好勘测、预测、监测等方面，控制好每个阶段，从而才能将地表变形或周边既有构筑物的变形控制在理想范围内,进一步实现安全施工的核心目标。

2、浅埋暗挖法施工技术

浅埋暗挖法的命名是在1987年召开的科研成果鉴定会上正式决定的。

浅埋暗挖方法，这种隧道施工方法的工作区域一般都是第四纪软弱地层，对地层进行加固以及处理就是该施工方法在修建隧道时所采用的原理。对围岩的自身承重能力进行合理有效的调动，开挖的方式就是采用短进尺进行工作，对待施工开始的时候的支护结构以及将其进行封闭成环要及时，使得就整个隧道的施工阶段的荷载能够由围岩以及初期支护结构共同形成的支护体系成功的承担下来，在使得前期的施工的变形已经基本的稳定之后方可进行二次模筑衬砌工作。所有的基本的荷载都是由初期支护所承担的，而安全储备的承担着就是二次衬砌，特殊的荷载单靠初期支护是不能够承担的，应当由初期支护以及二次衬砌共同进行承担工作。这种设计方案能够比较好的对隧道施工工程中的不可预知性进行克服。

浅埋暗挖施工方法并不是在任何情况下都能够进行的，由于环境以及地层的复杂多变性，在采用浅埋暗挖施工方法的时候监测隧道的地层、支护的材料以及周围的建筑物是非常有必要的，以监测到的信息作为根据得出更为实际、合理的施工方案，以使隧道施工工程质量能够得到有效的保证。

浅埋暗挖施工技术到现在已经有了20多年的施工经历了，施工技术已经具备了非常多的好的地方。比如说现如今的浅埋暗挖施工技术具有灵活多变、对交通不会产生较大影响、对环境也不会产生破坏作用以及拥有较高的隧道支护结构的强度等等的优点。对现在的中国国情非常的相符。尤其是大垮度的暗挖技术得到了非常有效的发展。

3、变形分配比率的确定

变形分配比率主要是通过数值模拟计算结合经验类比而确定的,由于大断面隧道是分部开挖的,不可避免的存在一个群洞效应,第一个导洞开挖过后存在一个滞后影响,而第二个导洞则又存在一个超前影响,所以地面某点的沉降则是2个或多个导洞开挖引起的综合影响的结果。所以应该寻求一种有效的方法,主观的将各个导洞的影响科学地区分开。

3.1、地表变形规律的研究

通过对大断面隧道浅埋暗挖法施工地层的响应规律的分析和研究,不难得出,在隧道开挖整个过程中地表某点的变形规律如下。

(1)超前隆起或负下沉阶段。尽管不同的地层条件有其特殊性,但基本上当工作面开挖到距测点1.0D～3.0D(D为洞径)时,开挖即对地表产生影响,对含水砂层地段其影响域甚至超过4D。沉降量约占总沉降量的5%～15%。

(2)急剧变形阶段。对一般地层条件,当隧道工作面在-1D～3D范围内时,地表变形速率增长,正加速度变化。该段沉降量约占总沉降量的55%～65%。但对富水砂层条件,其范围明显减小,速度的最大点在开挖工作面附近。

(3)缓慢变形阶段。当隧道工作面在3D～5D范围内时,变形速率减缓,呈负加速度变化。该段沉降量约占总沉降量的15%～20%。而富水砂层地段的负加速度范围明显缩小。

(4)稳定变形阶段。不论是对何种地层条件,当隧道工作面超过5D后,沉降增长缓慢,时而下沉,时而上升,呈反复状态。但其值变小,趋于稳定。该段沉降量约占总沉降量的5%～10%。

3.2、单个导洞影响区域的划分

从地表的变形规律中,可以知道地表的变形主要集中在急剧变形阶段,而这个阶段中导洞掌子面的影响范围是-1D～3D,由此可以将某个导洞的超前影响的距离定为L/4,滞后影响的距离定为3L/4,其中L为各导洞的错距。各个导洞在开挖的过程中,对地表某点都有一个独立的影响区域,可以主观认为,某个导洞在这个区域开挖的时间内,地表观测点的沉降就是由这个导洞独立影响而引起的。单个导洞影响区的划分详见图1所示。

图1单洞影响范围示意

4、施工方案

（1）单线和双线要合理采用正台阶开挖法进行施工，一般地拱顶开挖高度约为2.1米，继而顺着拱外弧线进行环状开挖，预留中心继而嵌入钢拱架，挂网喷注混凝土。这样的施工不但操作简便，能减少围岩受到扰动，即使发生坍方事故处理起来也相对容易，还能方便于钢拱架的嵌入，使得能及时地进行顶部支护，营造一个安全的施工环境。最后采用S-50型单臂掘进机，辅以2立方矿车对包括有两侧变强、仰拱以及中心进行全面开挖，过程中要保持纵向落底长度1m，且开挖、支护以及封闭速度要快，使其成环状。

（2）渡线渡线大跨度断面施工与前两者不同，施工前要将其分割在若干小跨度断面施工再采用正台阶法，也就是采用单侧臂导坑正台阶法。它能有效地避免眼睛工法其复杂的工序、工期慢以及造价高等问题，以及施工精准度低造成的网状拱架连接难的弊端。

总的来说，隧道开挖支护时，要严格按照规定进行施工，整个过程中分六步，要做到及时开挖支护，及时封闭以满足精度要求成环。一般施工先后顺序是：双向中导洞开挖和支护，隔墙施工，导坑横撑，两侧开挖和支护，两侧导洞二衬施工。当对隧道口开挖完成后，要及时安装钢筋网和型钢钢架，并牢固其连接螺栓；钢架架设完成后，要及时在其立脚点架设至少2根锁脚锚管，此过程中可事先喷射8cm混凝土以防止发生局部坍塌；然后经验收合格后要迅速喷射C20早强混凝土，厚度至少30cm。若是出现掌子面不能开挖的情况，应当及时采取措施解决。

5、施工实时监测

在进行地铁浅埋暗挖法施工时，须要做好对地表下沉、多点垂直位移、水平位移、拱顶下沉以及围岩收敛等五个方面的实时监测，同时还要做好支护的应力和压力测试，以了解围岩和支护的状况，为进行理论分析和设计变更提供依据除此之外，在地铁施工过程中，还有很多是需要进行测量的，例如拱脚压力、振动以及土质物理系数等。只有通过工前测量才能设计出合理的施工方案，进行实时监测才能保障工程的可靠性、安全性。

在城市隧道施工中,必须保证施工对于已有的设施所造成的影响危害在允许的范围内。在城市隧道施工中，受到很多因素的影响，同时也会对很多已有的设施所造成影响，因此需要引起我们的重视，从而为整个施工过程中的安全提供一定的保障。

参考文献

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