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摘要：城市地铁隧道技术在我国尚处于发展阶段，仍存在着许多技术性难题需要我们逐一发现，逐一攻克。其中因施工而带来的地面沉降问题不容小觑。因此，本文将重点分析引发地面沉降的问题因素，并提出整改意见与措施。
关键词：地面沉降；地质条件；成因；原理；解决办法
一、主要地铁隧道施工方法评析
地铁交通在我国正处于发展阶段，由于盾构施工法的安全性和先进性，盾构技术在城市地铁隧道施工中得到越来越广泛的应用。盾构法具有对地面交通和周围建筑物影响小、适应复杂地质条件、施工速度快等诸多优点。但由于地铁隧道大多修建于城市中心繁华地带，地下管线和地面建筑物众多，施工过程多多少少都会扰动地层，要完全消除地表沉降是很困难的。尽管该种方法已在我国地铁隧道施工中得到了长足的发展，但是在施工工艺、技术和施工过程中仍然存在问题。而这些问题因素的存在以及产生的后果，就是引起地面沉降的主要原因。由于发生地点分散且难以预测，给地面沉降事故的防治带来了诸多困难，但我们绝不能因此抱有侥幸心理，反当正视这一挑战，做到“三零”，即零风险、零事故，对潜藏的隐患零容忍。
二、地铁隧道施工地面塌陷机理分析
引起地层沉降变形的原因较多，也很复杂；通过对国内外一些重大地面沉降事故的机理分析，我认为为对浅埋暗挖隧道在施工中产生地层沉降影响较大的主要原因如下：
1、地层中的不良地质体
在由不良地质体诱发的地面塌陷事故中，有较大一部分都是由于存在地面空洞。因隧道施工破坏了潜藏空洞层，造成空洞坍塌进而引发地面坍塌。根据力学平衡的原则，隧道的施工扰动破坏了空洞上方地层的力学平衡进而诱发灾难。
2、开挖地段的地层土质
决定一个隧道是否稳固，很大的一部分要取决于所形成的自然拱。普氏理论认为，在具有一定黏聚力的松散介质中开挖洞室后，无支护状态下隧道围岩由内至外发生失稳破坏，如果上覆地层足够厚，隧道塌方至一定高度后围岩便形成自然平衡的压力拱。自然形成的压力拱对地表的变形沉降和隧道的支护结构都有很大影响。不能形成自然拱的，对地表沉降量的影响就大一些，反之即小一些。而能否形成自然拱与土地本身的自然属性有很大关联。像常见的硬土土质就是较为理想的一种地层，但前提是要保持较大的含水量。而砂层、砾层段在隧道开挖，对结构造成扰动后，极易出现坍滑现象。
3、施工方法、速度和开挖进尺
对于城市隧道的施工，常常使用的是台阶法。因为该法一般操作简单、花费低廉，因此被广泛运用。但殊不知，台阶法虽然操作简单，但使用的限制条件较多，不做好恰当谨慎的防护措施，极易引起地面沉降。台阶法几乎是对地表下沉影响最为严重的一种施工方法（其较CRD法引起的地表沉降量增大一倍）。一般仅适用于单线渠道，同时还应结合不同的断面形式和地层条件。应用台阶法的关键是要保证开挖工作面的稳定性，主要取决于台阶的长度和形状。一般而言，在软弱地层应杜绝不稳定的超短台阶，因为台阶长度愈长，工作面前方土体对工作面的挤压流动会愈小。
同时，施工的速度和每一阶段的时间间隔也会对工程质量产生影响。施工越快，则隧道已施工部分在空气中的暴露时间就越短，有因为沉降具有时间效应，时间越快，地表发生沉降的总量也越小；时间越长，地表发生沉降的总量也越大。
开挖进尺的大小实质上是工作面无支护空间的大小，其值不仅决定着地表下沉及拱顶沉降，而且也影响开挖面的稳定性，二者相互作用并以工作面的稳定性为基础。对软弱地层、浅埋暗挖法施工的地铁隧道，开挖进尺的控制十分重要，如果工作面无支护距离小于0.2D，则无支护空间要求的稳定工作面开挖的支撑力就要变大，否则工作面就会失稳。
4、地下水位
多数开挖后的地铁隧道都低于地下水位线，从而与地下水形成压力差，导致地下水不断渗出，导致地层缺水，土层产生空隙，对于砾层、砾砂等特殊地层，过度抽排地下水，会使上覆多孔介质土层超固结，从而引起地表大范围沉降。根据有关专家的检测观察发现，地层的持续缺水是导致地表沉降的根本原因之一。
5、列车运行过程中的震动
当地铁投入运营后，地铁列车的长期振动可能导致沉降。列车振动导致的地层变形主要源于循环荷载振动下的土性变化以及孔隙水压力的变化。尤其是从长远来看，还可能对地面建筑物产生危害，因此必须予以足够的关注。
6、隧道相互作用的叠加及衬砌的设计
根据国内外专家学者的调查研究表明，对于未进行衬砌的隧道，当大于等于5D的中心线距离时，两隧道的相互作用较弱，但当其距离在3D以内时，就必须考虑其相互间作用。两隧道近距离开挖易导致地层松弛，使得地表产生连续不断的变形。与此同时，多隧道的相互作用会使加重地表沉降。为了减缓这一影响，可以采用衬砌。但在使用复合式衬砌时应当保证初期支护有一定的柔性，允许有一定的变形量。
三、控制地表沉降的对策
控制地表沉降中的人为因素，我们可以做到如下几点：
1、改善周围土质条件
选择周围土层较为坚硬，抗震能力强的地面进行开挖。对于难以避开的不良土质，可以进行局部改造。既为了促进开挖后自然拱的形成，也为了控制土体不过分受水分含量的影响。注浆既可以加固土体，也可以改善土体的性质；同时也可压注纯水泥浆或双液浆，使得不同的土地性质趋向好的方面。必要时还可以在不污染土质的前提下压注化学浆液。
2、施工前的初期支护
通过施工前的注浆来对岩围进行加固，使围岩、小钢管形成一个整体，超前形成一个能承受一定围岩压力的超前管棚。同时要保证尽可能少的扰动地层，在安全第一的原则下尽量缩小开挖范围，必要时保留核心土。对于注浆量、注浆时间、材料配比等都要进行严格的控制。初期支护要及时，要保证足够的刚度与强度，并且与围岩变形的速度相适应，掌握好支护施作时间、施工程度的“火候”。初期支护施作后，其本身有一个徐变过程。对超前支护，一般采取增大小导管直径、减小布置间距、扩大注浆范围和严格注浆等措施加强。对具体情况具体分析，不间断的观察隧道的反应情况，以便随时进行调整。
3、适度排放地下水
保持地下土质的含水量对于地层的稳固至关重要。对于硬质土层，保持一定的含水量可以使上覆地层的的刚度增强，但对于砂层、砾层等并不是较为理想的土质，过度抽排地下水会导致上覆多孔介质土层超固结，带来地表的大范围沉降。因此要根据地层条件的现实情况采取止水帷幕或旋喷桩等阻断地下渗水通道，地表或洞内注浆措施封堵部分地下水，限制地下水的抽排。排水过程中要及时观测小导管及格栅支护参数的变化，保证排水量的精准度。
4、选择合理的施工格局及方法
应当根据地层特性确定合理的开挖进尺以此公职地表及拱顶下沉量，保证拱面的稳定。根据文献资料，笔者认为每循环进尺取断面开挖宽度的0.1倍是较为合理的。同时据上文所述，还应适当拉开左右线隧道的开挖距离，在距离一定的限制条件下，通过增大开挖面的相对距离来缓解叠加影响。施工过程中应保持较快的节奏，以有效控制地层内部的变位调整。
结语：当下我国的地铁工程建设发展迅猛，地铁隧道已成为人民生活密不可分的一部分。这对广大投身于地铁事业工作者来说，既是机遇也是挑战。我国的地铁施工技术起步晚，还不够成熟，尚处于发展阶段，与国外先进技术仍有一定差距。我们必须在未来的建设奋起直追，杜绝地铁沉降事故再次给我们的人民带来伤害。
参考文献：
[1]王立峰，祝江鸿，罗劲鸿，马健.杭州地铁盾构施工中地表位移及变化规律研究[J].科技通报.2013（09）
[2]王俊东.关于城市地铁盾构工程实测地层损失率的简易计算[J].铁道勘察.2013（04）
[3]祝和意.盾构隧道施工引起地表沉降分析与处置[J].中国安全生产科学技术.2011（04）
关键词：地面沉降；地质条件；成因；原理；解决办法
一、主要地铁隧道施工方法评析
地铁交通在我国正处于发展阶段，由于盾构施工法的安全性和先进性，盾构技术在城市地铁隧道施工中得到越来越广泛的应用。盾构法具有对地面交通和周围建筑物影响小、适应复杂地质条件、施工速度快等诸多优点。但由于地铁隧道大多修建于城市中心繁华地带，地下管线和地面建筑物众多，施工过程多多少少都会扰动地层，要完全消除地表沉降是很困难的。尽管该种方法已在我国地铁隧道施工中得到了长足的发展，但是在施工工艺、技术和施工过程中仍然存在问题。而这些问题因素的存在以及产生的后果，就是引起地面沉降的主要原因。由于发生地点分散且难以预测，给地面沉降事故的防治带来了诸多困难，但我们绝不能因此抱有侥幸心理，反当正视这一挑战，做到“三零”，即零风险、零事故，对潜藏的隐患零容忍。
二、地铁隧道施工地面塌陷机理分析
引起地层沉降变形的原因较多，也很复杂；通过对国内外一些重大地面沉降事故的机理分析，我认为为对浅埋暗挖隧道在施工中产生地层沉降影响较大的主要原因如下：
1、地层中的不良地质体
在由不良地质体诱发的地面塌陷事故中，有较大一部分都是由于存在地面空洞。因隧道施工破坏了潜藏空洞层，造成空洞坍塌进而引发地面坍塌。根据力学平衡的原则，隧道的施工扰动破坏了空洞上方地层的力学平衡进而诱发灾难。
2、开挖地段的地层土质
决定一个隧道是否稳固，很大的一部分要取决于所形成的自然拱。普氏理论认为，在具有一定黏聚力的松散介质中开挖洞室后，无支护状态下隧道围岩由内至外发生失稳破坏，如果上覆地层足够厚，隧道塌方至一定高度后围岩便形成自然平衡的压力拱。自然形成的压力拱对地表的变形沉降和隧道的支护结构都有很大影响。不能形成自然拱的，对地表沉降量的影响就大一些，反之即小一些。而能否形成自然拱与土地本身的自然属性有很大关联。像常见的硬土土质就是较为理想的一种地层，但前提是要保持较大的含水量。而砂层、砾层段在隧道开挖，对结构造成扰动后，极易出现坍滑现象。
3、施工方法、速度和开挖进尺
对于城市隧道的施工，常常使用的是台阶法。因为该法一般操作简单、花费低廉，因此被广泛运用。但殊不知，台阶法虽然操作简单，但使用的限制条件较多，不做好恰当谨慎的防护措施，极易引起地面沉降。台阶法几乎是对地表下沉影响最为严重的一种施工方法（其较CRD法引起的地表沉降量增大一倍）。一般仅适用于单线渠道，同时还应结合不同的断面形式和地层条件。应用台阶法的关键是要保证开挖工作面的稳定性，主要取决于台阶的长度和形状。一般而言，在软弱地层应杜绝不稳定的超短台阶，因为台阶长度愈长，工作面前方土体对工作面的挤压流动会愈小。
同时，施工的速度和每一阶段的时间间隔也会对工程质量产生影响。施工越快，则隧道已施工部分在空气中的暴露时间就越短，有因为沉降具有时间效应，时间越快，地表发生沉降的总量也越小；时间越长，地表发生沉降的总量也越大。
开挖进尺的大小实质上是工作面无支护空间的大小，其值不仅决定着地表下沉及拱顶沉降，而且也影响开挖面的稳定性，二者相互作用并以工作面的稳定性为基础。对软弱地层、浅埋暗挖法施工的地铁隧道，开挖进尺的控制十分重要，如果工作面无支护距离小于0.2D，则无支护空间要求的稳定工作面开挖的支撑力就要变大，否则工作面就会失稳。
4、地下水位
多数开挖后的地铁隧道都低于地下水位线，从而与地下水形成压力差，导致地下水不断渗出，导致地层缺水，土层产生空隙，对于砾层、砾砂等特殊地层，过度抽排地下水，会使上覆多孔介质土层超固结，从而引起地表大范围沉降。根据有关专家的检测观察发现，地层的持续缺水是导致地表沉降的根本原因之一。
5、列车运行过程中的震动
当地铁投入运营后，地铁列车的长期振动可能导致沉降。列车振动导致的地层变形主要源于循环荷载振动下的土性变化以及孔隙水压力的变化。尤其是从长远来看，还可能对地面建筑物产生危害，因此必须予以足够的关注。
6、隧道相互作用的叠加及衬砌的设计
根据国内外专家学者的调查研究表明，对于未进行衬砌的隧道，当大于等于5D的中心线距离时，两隧道的相互作用较弱，但当其距离在3D以内时，就必须考虑其相互间作用。两隧道近距离开挖易导致地层松弛，使得地表产生连续不断的变形。与此同时，多隧道的相互作用会使加重地表沉降。为了减缓这一影响，可以采用衬砌。但在使用复合式衬砌时应当保证初期支护有一定的柔性，允许有一定的变形量。
三、控制地表沉降的对策
控制地表沉降中的人为因素，我们可以做到如下几点：
1、改善周围土质条件
选择周围土层较为坚硬，抗震能力强的地面进行开挖。对于难以避开的不良土质，可以进行局部改造。既为了促进开挖后自然拱的形成，也为了控制土体不过分受水分含量的影响。注浆既可以加固土体，也可以改善土体的性质；同时也可压注纯水泥浆或双液浆，使得不同的土地性质趋向好的方面。必要时还可以在不污染土质的前提下压注化学浆液。
2、施工前的初期支护
通过施工前的注浆来对岩围进行加固，使围岩、小钢管形成一个整体，超前形成一个能承受一定围岩压力的超前管棚。同时要保证尽可能少的扰动地层，在安全第一的原则下尽量缩小开挖范围，必要时保留核心土。对于注浆量、注浆时间、材料配比等都要进行严格的控制。初期支护要及时，要保证足够的刚度与强度，并且与围岩变形的速度相适应，掌握好支护施作时间、施工程度的“火候”。初期支护施作后，其本身有一个徐变过程。对超前支护，一般采取增大小导管直径、减小布置间距、扩大注浆范围和严格注浆等措施加强。对具体情况具体分析，不间断的观察隧道的反应情况，以便随时进行调整。
3、适度排放地下水
保持地下土质的含水量对于地层的稳固至关重要。对于硬质土层，保持一定的含水量可以使上覆地层的的刚度增强，但对于砂层、砾层等并不是较为理想的土质，过度抽排地下水会导致上覆多孔介质土层超固结，带来地表的大范围沉降。因此要根据地层条件的现实情况采取止水帷幕或旋喷桩等阻断地下渗水通道，地表或洞内注浆措施封堵部分地下水，限制地下水的抽排。排水过程中要及时观测小导管及格栅支护参数的变化，保证排水量的精准度。
4、选择合理的施工格局及方法
应当根据地层特性确定合理的开挖进尺以此公职地表及拱顶下沉量，保证拱面的稳定。根据文献资料，笔者认为每循环进尺取断面开挖宽度的0.1倍是较为合理的。同时据上文所述，还应适当拉开左右线隧道的开挖距离，在距离一定的限制条件下，通过增大开挖面的相对距离来缓解叠加影响。施工过程中应保持较快的节奏，以有效控制地层内部的变位调整。
结语：当下我国的地铁工程建设发展迅猛，地铁隧道已成为人民生活密不可分的一部分。这对广大投身于地铁事业工作者来说，既是机遇也是挑战。我国的地铁施工技术起步晚，还不够成熟，尚处于发展阶段，与国外先进技术仍有一定差距。我们必须在未来的建设奋起直追，杜绝地铁沉降事故再次给我们的人民带来伤害。
参考文献：
[1]王立峰，祝江鸿，罗劲鸿，马健.杭州地铁盾构施工中地表位移及变化规律研究[J].科技通报.2013（09）
[2]王俊东.关于城市地铁盾构工程实测地层损失率的简易计算[J].铁道勘察.2013（04）
[3]祝和意.盾构隧道施工引起地表沉降分析与处置[J].中国安全生产科学技术.2011（04）