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【摘 要】 本文以北京地铁6号线车公庄西站～车公庄站暗挖区间为依托，该区间为标准区间，采用台阶法施工，通过对施工中地表沉降实测数据进行的统计分析，结果表明，浅埋暗挖隧道台阶法施工时上（下）导对一定断面沉降的纵向影响范围分别为其前后的2D（2D）和1D（3D）（D为隧道跨度），且下导开挖所引起的总沉降量大于上导所引起的，其比值约为3/1；横向影响范围约为10D，且给出了沉降槽宽度参数建议值k为0.66。这为以后暗挖施工和类似土质暗挖施工所引起的沉降控制提供了参考依据，具有重要的实用价值。
【关键词】 浅埋暗挖法；地铁施工；地表沉降
引言：
在软土地层中，浅埋暗挖法是隧道开挖的一种有效方法，浅埋暗挖法对地质条件具有较好的适应性，已成为城市地铁等地下工程施工的重要施工方法，在我国得到了广泛的应用。在浅埋暗挖法施工过程中，施工不可避免对岩土体产生扰动，引起的地层变形，浅埋暗挖法开挖时使地面构筑物、建筑物和地下管网发生相应变形。当地表发生变形达到一定程度时，对地面构筑物、建筑物和地下管网的正常使用产生很大的影响，甚至引发安全质量事故。因此在构筑物、建筑物和地下管线密集的城市中，对浅埋暗挖法施工所造成的地表沉降情况及其控制技术的研究，具有十分重要的意义。
一、国内外研究现状
在隧道工程施工中，使用淺埋暗挖法开挖隧道引起的地表沉降槽及横向地表沉降槽曲线分别如图1，2所示。F.Martos根据扁平矿洞开采引起的地表沉降统计结果首次提出沉降槽符合高斯分布。B.Schmidt和R.B.Peck等学者相继证明了浅埋暗挖法开挖隧道引起的横向地表沉降槽同样符合高斯分布，即
式中：y为地表点与隧道中线的水平距离；S为距离隧道中线处的地表沉降；Smax为最大地表沉降；i为地铁隧道中线到地表沉降槽反弯点距离，i定义了地表沉降槽的范围与形状。对式（1）进行积分可得地铁隧道掘进方向上单位距离的沉降槽体积：
地层损失率指单位距离内沉降槽体积占地铁工程隧道开挖体积的百分比：
式中：Vl为地层损失率（%），D为隧道等效直径。关于浅埋暗挖法开挖隧道沉降槽曲线反弯点距离i，国内外已有较多研究；R.B.Peck认为，i与隧道埋深和跨度密切相关；许多学者也发现了同样的规律；M.P.O′Reilly和B.M.New认为，i仅与隧道埋深有关，而与隧道直径与开挖方法关系不大，即
式中：zt为隧道轴线埋深（m）；K为沉降槽宽度参数，主要与地层条件和施工方法等因素有关。
在我国，关于地铁隧道开挖引起地表沉降规律的研究相对较少，侯学渊和刘建航在总结延安东路隧道沉降分布规律的基础上，提出了“欠地层损失”的概念，并修正了Peck公式中预测纵向地表沉降的部分，针对浅埋暗挖法隧道开挖施工提出了纵向地表沉降的修正公式。廖少明和侯学渊结合上海地区饱和土地层的特点，提出了考虑地铁隧道开挖施工固结和间隙影响的修正Peck公式。吴波利用离心试验和有限元模拟的手段研究了复杂条件下浅埋暗挖法地铁隧道施工对地表沉降的影响。王梦恕和姚宣德运用模糊聚类分析方法对实地调研数据进行了统计分析，给出了地铁隧道浅埋暗挖法施工引起的地表沉降控制标准的建议值，充分的控制了地铁施工的安全性及保证施工的质量。
二、浅埋暗挖隧道地铁施工的地表沉降分析
（一）工程概况
北京地铁6号线车公庄西站～车公庄站暗挖区间，走向为东西走向，区间位于车公庄大街路下，西北侧紧邻高层写字楼、官园小区，南侧是官园批发市场。
（二）地表沉降监测与分析测点
在地铁工程施工中，工程地表沉降监测点的布置总共分为A、B、C、D四个断面，工程地表沉降监测点的里程分别为K6+410、K6+430、K6+450、K6+470。每个地表沉降监测断面设八个测点，工程地表沉降监测点的间距为5m。现以里程为K6+450断面的监测数据来分析。
1.纵向地表沉降分析。区间隧道开挖采用短台阶法，上下导掌子面的开挖都会造成地层损失和扰动而引发地表沉降，从上下导掌子面与沉降的关系来看，可分为四个阶段（L1、L2分别为上下导掌子面与监测断面的间距，D为隧道的洞径）：
（1）当L1=-2D时，区间隧道地表沉降测点开始发生沉降，说明地铁隧道施工中表面沉降测点已进入受上导掌子面开挖的影响区。
（2）当-2D≤L1≤1D时，L2<-2D，此阶段的沉降表现为随上导掌子面不断向表面沉降测点断面的靠近，沉降量不断增加，尤其是在通过断面前0.5D时，沉降值不断的增加。
（3）当L1>1D时，-2D≤L2≤3D，此阶段表面沉降相对于上导掌子面进尺的沉降速率较L2<-2D时有明显的增加，说明下导掌子面的开挖已开始引起表面沉降测点的沉降，表面沉降量又开始不断的增大。
（4）当L2>3D时，表面沉降值很快趋于稳定，说明下导掌子面的开挖对测点沉降的影响已经消失。此时的沉降量为30mm。
2.横向地表沉降分析。浅埋暗挖法隧道开挖对土体造成的扰动和破坏主要表现为由于开挖后的地层应力释放，周围重塑土为重新达到应力平衡和为了弥补地层损失所发生的地层移动。这就引发了一定范围内土体的整体移动变形，集中体现为地表横向沉降槽。
（三）北京地铁6号线车公庄西站～车公庄站暗挖区间地层主要为粉砂层，通过该浅埋暗挖隧道台阶法施工中，隧道开挖所引起的地表沉降数据进行分析研究，得出了下面几个结论。
1.浅埋暗挖地铁隧道台阶法施工时，上导对表面沉降测点的影响范围为-2D～1D，下导对表面沉降测点的影响范围为-2D～3D。上导引起的沉降量要远远小于下导所引起的。
2.在隧道施工中，采用台阶法施工，下导对地表沉降的影响量要大于上导引起的，由此在下导开挖后要在最短时间内封闭初衬，使其尽快形成闭合结构，减小地铁隧道工程地表沉降。 3.在工程施工中，地表的横向沉降槽曲线符合Peck公式，且由此得出的沉降槽宽度i为11m。当应用O’Reilly和New的经验公式时，可取沉降宽度参数k=0.66。
4.沉降槽可以用高斯曲线进行较好的拟合，但由于各地区土质的差异性，沉降槽宽度只能对类似土质具有参考意义。
三、沉降控制措施
地下空间及隧道开挖后引起的周围土层力学形态的变化是一个很复杂的物理力学过程，地表沉降监测所得位移及应力的变化趋势，能有效反应地铁隧道工程施工过程中围岩的状态变化。控制地层变形及地表下沉的主要原則是增大支护的刚度并减少暴露的时间。以下就针对影响地铁隧道开挖地表沉降的主要因素制定相对应的措施。
（1）在工程设计时，应综合考虑工程所处的地理环境，地层注浆具有阻水作用和加固地层，尽力创造洞内无水和掌子面稳定的条件。保证隧道工程的质量及控制地表沉降。
（2）在工程施工前，对工程周围的地理环境，地下管网等做详细的调查，获得工程及工程周围的水文地质情况、地表沉降槽范围内地面及地下建筑物及其对各种变形的敏感度等。在此基础上，根据施工方法，制定相应的措施，保证工程的质量及控制地表沉降。
（3）在工程施工中，综合运用初期强支护技术，小导管、大管棚及锚杆预支护技术，严格控制隧道施工中拱脚和拱部的稳定性，是有效控制隧道工程地表沉降的重要措施，是保证隧道工程的质量及控制地表沉降的关键。
四、结束语
综合上述，随着城市化水平的进一步提高，城市人口的增加，轨道交通的发展会越来越快。由于我国轨道交通建设目前处于快速发展阶段，轨道交通建设受现有城市交通及建构筑物的影响越来越大，浅埋暗挖法施工工法应用会更加广泛。在其他市政工程如热力、电力管廊及过街通道等也将越来越多的采用浅埋暗挖法施工。在采用浅埋暗挖法施工时，过大的地表沉降和地层变形将直接危及地面建筑物的正常使用，进而危及施工安全，因此隧道工程施工中必须对地表沉降进行监测并采取相应措施控制，保证工程的施工质量及周边建构筑物及管线的结构安全。
参考文献：
[1]赵衍发.浅埋暗挖法下穿既有地铁车站的风险控制[D].北京交通大学，2013.
[2]钟涛.浅埋暗挖法地铁施工对地表及邻近建筑物影响研究[D].辽宁工程技术大学，2012.
[3]王云龙.地铁隧道浅埋暗挖施工引起地表沉降的三维数值分析[D].河南理工大学，2007.
[4]姚宣德，王梦恕.地铁浅埋暗挖法施工引起的地表沉降控制标准的统计分析[J].岩石力学与工程学报，2006，10：2030-2035.
【关键词】 浅埋暗挖法；地铁施工；地表沉降
引言：
在软土地层中，浅埋暗挖法是隧道开挖的一种有效方法，浅埋暗挖法对地质条件具有较好的适应性，已成为城市地铁等地下工程施工的重要施工方法，在我国得到了广泛的应用。在浅埋暗挖法施工过程中，施工不可避免对岩土体产生扰动，引起的地层变形，浅埋暗挖法开挖时使地面构筑物、建筑物和地下管网发生相应变形。当地表发生变形达到一定程度时，对地面构筑物、建筑物和地下管网的正常使用产生很大的影响，甚至引发安全质量事故。因此在构筑物、建筑物和地下管线密集的城市中，对浅埋暗挖法施工所造成的地表沉降情况及其控制技术的研究，具有十分重要的意义。
一、国内外研究现状
在隧道工程施工中，使用淺埋暗挖法开挖隧道引起的地表沉降槽及横向地表沉降槽曲线分别如图1，2所示。F.Martos根据扁平矿洞开采引起的地表沉降统计结果首次提出沉降槽符合高斯分布。B.Schmidt和R.B.Peck等学者相继证明了浅埋暗挖法开挖隧道引起的横向地表沉降槽同样符合高斯分布，即
式中：y为地表点与隧道中线的水平距离；S为距离隧道中线处的地表沉降；Smax为最大地表沉降；i为地铁隧道中线到地表沉降槽反弯点距离，i定义了地表沉降槽的范围与形状。对式（1）进行积分可得地铁隧道掘进方向上单位距离的沉降槽体积：
地层损失率指单位距离内沉降槽体积占地铁工程隧道开挖体积的百分比：
式中：Vl为地层损失率（%），D为隧道等效直径。关于浅埋暗挖法开挖隧道沉降槽曲线反弯点距离i，国内外已有较多研究；R.B.Peck认为，i与隧道埋深和跨度密切相关；许多学者也发现了同样的规律；M.P.O′Reilly和B.M.New认为，i仅与隧道埋深有关，而与隧道直径与开挖方法关系不大，即
式中：zt为隧道轴线埋深（m）；K为沉降槽宽度参数，主要与地层条件和施工方法等因素有关。
在我国，关于地铁隧道开挖引起地表沉降规律的研究相对较少，侯学渊和刘建航在总结延安东路隧道沉降分布规律的基础上，提出了“欠地层损失”的概念，并修正了Peck公式中预测纵向地表沉降的部分，针对浅埋暗挖法隧道开挖施工提出了纵向地表沉降的修正公式。廖少明和侯学渊结合上海地区饱和土地层的特点，提出了考虑地铁隧道开挖施工固结和间隙影响的修正Peck公式。吴波利用离心试验和有限元模拟的手段研究了复杂条件下浅埋暗挖法地铁隧道施工对地表沉降的影响。王梦恕和姚宣德运用模糊聚类分析方法对实地调研数据进行了统计分析，给出了地铁隧道浅埋暗挖法施工引起的地表沉降控制标准的建议值，充分的控制了地铁施工的安全性及保证施工的质量。
二、浅埋暗挖隧道地铁施工的地表沉降分析
（一）工程概况
北京地铁6号线车公庄西站～车公庄站暗挖区间，走向为东西走向，区间位于车公庄大街路下，西北侧紧邻高层写字楼、官园小区，南侧是官园批发市场。
（二）地表沉降监测与分析测点
在地铁工程施工中，工程地表沉降监测点的布置总共分为A、B、C、D四个断面，工程地表沉降监测点的里程分别为K6+410、K6+430、K6+450、K6+470。每个地表沉降监测断面设八个测点，工程地表沉降监测点的间距为5m。现以里程为K6+450断面的监测数据来分析。
1.纵向地表沉降分析。区间隧道开挖采用短台阶法，上下导掌子面的开挖都会造成地层损失和扰动而引发地表沉降，从上下导掌子面与沉降的关系来看，可分为四个阶段（L1、L2分别为上下导掌子面与监测断面的间距，D为隧道的洞径）：
（1）当L1=-2D时，区间隧道地表沉降测点开始发生沉降，说明地铁隧道施工中表面沉降测点已进入受上导掌子面开挖的影响区。
（2）当-2D≤L1≤1D时，L2<-2D，此阶段的沉降表现为随上导掌子面不断向表面沉降测点断面的靠近，沉降量不断增加，尤其是在通过断面前0.5D时，沉降值不断的增加。
（3）当L1>1D时，-2D≤L2≤3D，此阶段表面沉降相对于上导掌子面进尺的沉降速率较L2<-2D时有明显的增加，说明下导掌子面的开挖已开始引起表面沉降测点的沉降，表面沉降量又开始不断的增大。
（4）当L2>3D时，表面沉降值很快趋于稳定，说明下导掌子面的开挖对测点沉降的影响已经消失。此时的沉降量为30mm。
2.横向地表沉降分析。浅埋暗挖法隧道开挖对土体造成的扰动和破坏主要表现为由于开挖后的地层应力释放，周围重塑土为重新达到应力平衡和为了弥补地层损失所发生的地层移动。这就引发了一定范围内土体的整体移动变形，集中体现为地表横向沉降槽。
（三）北京地铁6号线车公庄西站～车公庄站暗挖区间地层主要为粉砂层，通过该浅埋暗挖隧道台阶法施工中，隧道开挖所引起的地表沉降数据进行分析研究，得出了下面几个结论。
1.浅埋暗挖地铁隧道台阶法施工时，上导对表面沉降测点的影响范围为-2D～1D，下导对表面沉降测点的影响范围为-2D～3D。上导引起的沉降量要远远小于下导所引起的。
2.在隧道施工中，采用台阶法施工，下导对地表沉降的影响量要大于上导引起的，由此在下导开挖后要在最短时间内封闭初衬，使其尽快形成闭合结构，减小地铁隧道工程地表沉降。 3.在工程施工中，地表的横向沉降槽曲线符合Peck公式，且由此得出的沉降槽宽度i为11m。当应用O’Reilly和New的经验公式时，可取沉降宽度参数k=0.66。
4.沉降槽可以用高斯曲线进行较好的拟合，但由于各地区土质的差异性，沉降槽宽度只能对类似土质具有参考意义。
三、沉降控制措施
地下空间及隧道开挖后引起的周围土层力学形态的变化是一个很复杂的物理力学过程，地表沉降监测所得位移及应力的变化趋势，能有效反应地铁隧道工程施工过程中围岩的状态变化。控制地层变形及地表下沉的主要原則是增大支护的刚度并减少暴露的时间。以下就针对影响地铁隧道开挖地表沉降的主要因素制定相对应的措施。
（1）在工程设计时，应综合考虑工程所处的地理环境，地层注浆具有阻水作用和加固地层，尽力创造洞内无水和掌子面稳定的条件。保证隧道工程的质量及控制地表沉降。
（2）在工程施工前，对工程周围的地理环境，地下管网等做详细的调查，获得工程及工程周围的水文地质情况、地表沉降槽范围内地面及地下建筑物及其对各种变形的敏感度等。在此基础上，根据施工方法，制定相应的措施，保证工程的质量及控制地表沉降。
（3）在工程施工中，综合运用初期强支护技术，小导管、大管棚及锚杆预支护技术，严格控制隧道施工中拱脚和拱部的稳定性，是有效控制隧道工程地表沉降的重要措施，是保证隧道工程的质量及控制地表沉降的关键。
四、结束语
综合上述，随着城市化水平的进一步提高，城市人口的增加，轨道交通的发展会越来越快。由于我国轨道交通建设目前处于快速发展阶段，轨道交通建设受现有城市交通及建构筑物的影响越来越大，浅埋暗挖法施工工法应用会更加广泛。在其他市政工程如热力、电力管廊及过街通道等也将越来越多的采用浅埋暗挖法施工。在采用浅埋暗挖法施工时，过大的地表沉降和地层变形将直接危及地面建筑物的正常使用，进而危及施工安全，因此隧道工程施工中必须对地表沉降进行监测并采取相应措施控制，保证工程的施工质量及周边建构筑物及管线的结构安全。
参考文献：
[1]赵衍发.浅埋暗挖法下穿既有地铁车站的风险控制[D].北京交通大学，2013.
[2]钟涛.浅埋暗挖法地铁施工对地表及邻近建筑物影响研究[D].辽宁工程技术大学，2012.
[3]王云龙.地铁隧道浅埋暗挖施工引起地表沉降的三维数值分析[D].河南理工大学，2007.
[4]姚宣德，王梦恕.地铁浅埋暗挖法施工引起的地表沉降控制标准的统计分析[J].岩石力学与工程学报，2006，10：2030-2035.