隧道施工開挖沉降產生的原因

隧道開挖沉降產生的原因

摘要：隧道掘進時，如不根據圍巖物理性質、開挖面收斂變形的趨勢分析隧道收斂、下沉的主要因素，並採取適當措施加以控制，則將給隧道施工帶來重大安全、質量隱患。本文具體分析了隧道開挖沉降產生的原因，以便於從根源上理解開挖沉降，來判斷選取合適的控制措施。

1.地層土體特性的影響

根據有關隧道力學理論，對於淺埋暗挖隧道，認為隧道上覆地層已無自承載能力，其荷載應全部由隧道結構來承擔。但理論與實踐表明，不僅土層，即使對於幹砂，地層仍能形成自然載拱。

2.地下水的影響

由於隧道一般均處在含水岩層中，開挖排水後易造成地下水因壓力差的存在不斷滲出，形成多道滲水通道，使地層持續失水，土層空隙及節理裂隙固結收縮，引起地層沉降。

3.岩層應力釋放

由圍巖的收斂約束特性可知，隨圍巖收斂變形的增大，圍巖施加到隧道結構上的荷載將減小。最佳支護的概念就是在允許圍巖產生穩定的位移條件下，使支護結構所受的力最小，但新奧法的這一觀點是針對具有穩定的圍巖隧道而言，而對於淺埋暗挖隧道，為保證地表的變形得到控制，原則上不允許地表出現超越規定值的下沉而換取最佳支護，地層預加固與及時支護且封閉成環是超淺埋暗挖隧道的關鍵。

4.隧道作用的疊加影響

國內外實踐表明，對已襯砌的隧道，當兩隧道的中心線距大於2.5D(D為隧道寬度)時，兩隧道之間的相互作用減弱，但若中心線距不大於2D時，則其相互作用明顯。對未襯砌隧道，若中心線距為5D時，可不考慮相互作用;但中心線距不大於3D時，則必須考慮其相互作用。很明顯，若兩平行隧道間距小，兩隧道同時開挖對地層的擾動要大於單一隧道的開挖，其結果會造成地層的突然鬆弛，出現大的和持續不斷的變形。因此在左右線間距一定的情況下，增大兩隧道的相對開挖距離是減少其作用疊加影響的關鍵。

5.施工方法

對隧道施工而言，最常用的工法是上下臺階法，這種工法也是對圍巖變形影響較為嚴重的一種施工方法(其較CRD工法引起地表沉降增大1倍)，但因其操作簡單，造價低，只要措施得當，一般可滿足對圍巖變形的控制要求。因此，國內外隧道多采用臺階法。但臺階法也多種多樣，需根據不同的斷面形式及地層條件謹慎選取。

6.開挖進尺的影響

開挖進尺的大小實質上是工作面無支護空間的大小，其值不僅決定著拱頂沉降，而且也影響開挖面的穩定性，二者相互作用並以工作面的穩定性為基礎。

7.初期支護剛度

支護剛度是控制地表下沉的有效措施，尤其是對於淺埋暗挖隧道。在要求總剛度一定的條件下，地層剛度小，勢必要增大初期支護剛度。對複合式襯砌結構，根據設計的荷載分配，一般結構二襯不承擔施工期荷載，但根據實際施工及有關監測資料，初期支護後圍巖達到穩定的時間較長，唯有二襯後，隧道才完全穩定。