软土地铁隧道沉降分析

软土地铁隧道沉降分析

薛永利

中国建筑标准设计研究院有限公司北京海淀100089

摘要：随着社会的进步和经济的发展，地铁成为新型的交通方式，充分利用地下空间，不仅在一定程度上缓解了地上交通拥堵的压力，而且降低了对自然环境的污染和生态的破坏。然而在地铁营运过程中，由于软土地基的承载力较弱和不均匀性，致使软土地区的地铁隧道极易产生沉降，影响地铁营运的安全性和乘客乘坐的舒适性。本文对软土地铁隧道沉降的原因进行阐述和分析，提出几点建议，以期降低地铁隧道沉降的风险，提升地铁营运的安全性，促进地铁交通事业的发展和进步。

关键词：软土；地铁隧道；沉降

社会经济快速发展的同时也带来一系列的问题，如现代交通体系未能满足日益增长的交通需求，致使交通拥堵的频率逐年攀升；如对资源的不合理利用造成了环境的污染和生态的破坏。地铁作为利用地下空间营运的铁路交通工具，具有速度快、效率高、污染小、承运量大等特点，可以有效的缓解地上交通拥堵和有效降低环境污染的程度，在城市交通体系中具有举足轻重的地位。然而在地铁项目的施工和后期维护过程中，一方面由于软土地质的影响，一方面由于施工质量的影响，有可能因列车交变载荷引起地层的蠕变，继而产生沉降，对地铁工程结构的安全性、稳定性及防水性能埋下隐患，影响地铁轨道的平顺度和地铁的安全运营[1]。对软土地铁隧道的沉降原因进行分析和探索，可以提升地铁营运的安全性和舒适性，可以降低后期的工程维护成本，具有十分重要的意义。

一．软土地铁隧道沉降影响因素分析

（一）土质因素的影响

我国的软土地区分布不均匀，软土地区的土质疏松，土层厚度的均匀性较差，土壤的固结和蠕变具有复杂性，土壤横向和纵向的各向异性差，对载荷的承载耐久性不强。第一，由于土层厚度分布不均匀，致使不同厚度的软土在承载相同程度的载荷时，产生局部坍塌和沉降，给隧道的安全性和耐久性造成影响；第二，由于软土地区的土质疏松，承载力较分散不易集中，不能承受较大的载荷，更谈不上频繁变化的交变载荷，使地铁隧道的承载力下降；第三，由于软土土质的固结和蠕变具有复杂性，致使软土地区的软土的载荷承受力和沉降趋势不可控制，给地铁隧道的安全营运埋下了隐患；第四，由于软土地区的软土土质的各异性较差，致使软土在承受横向载荷和纵向载荷时，呈现出不同程度的承载力，致使地铁隧道的承载力不均匀[2]。

（二）地下水位变化因素影响

地下土质会受地下水的影响，水位的高低影响土壤的含水量，进而影响土壤的疏松程度、固结性、蠕变性、各向异性等，致使软土地区的土壤的承载力和耐久力较差。第一，地下土壤受地下高水位的影响，土壤含水量增加呈现出较疏松的特点，使土壤的承载力降低，致使土铁隧道的承载力和耐受力下降，影响地铁的安全营运；第二，地下土壤受地下低水位的影响，土壤下层的土壤含水量增加呈现出较疏松的特点，进而影响上层土壤和中层土壤的承载力，造成软土地区地铁隧道产生范围的坍塌和沉降，对地铁的安全性造成影响；第三，水位的变化会促使地铁隧道下沉或上升，水位的上升或下降等变化对地铁隧道产生增加载荷和减小载荷，再加上列车交变载荷的影响，致使地铁隧道承受的载荷超出预期范围和不可控制。

（三）施工质量因素影响

在地铁项目进行施工时，工程项目的施工质量会造成一定程度的隧道沉降，地铁项目的规划和设计未充分考虑软土地质的特点，未避开地上建筑的载荷集中区和隧道结构设计不合理，致使地铁隧道因承载力过大和隧道结构失效造成沉降和事故。第一，在地铁项目的隧道规划设计阶段，未充分考虑软土地区的土质特征，致使隧道结构缺少地下土壤的支撑而产生沉降；第二，在地铁项目的隧道施工过程中，施工材料不达标、施工方法不合理、施工人员素质低等造成地铁隧道的质量不合格，会造成隧道沉降和埋下安全隐患；第三，在地铁项目的隧道规划设计阶段，未综合考虑软土地区的土质特点和施工质量的影响，使地铁隧道的规划设计不合理，严重脱离实际，造成地铁隧道的沉降。

（四）列车交变载荷因素影响

在地铁运营过程中，列车产生的交变载荷过大会影响地铁隧道的沉降，给地铁的安全营运造成一定程度的影响，进而影响乘客乘坐的舒适性。第一，地铁营运过程中，列车本身的重量、速度、加速度等因素形成一定的动量、动能、载荷等，这些动量、动能、载荷均会对地铁的隧道产生一定程度的冲击，当动量、动能和载荷过大时造成地铁隧道的沉降；第二，地铁营运过程中，客流量较大时，乘客在等待地铁和乘坐地铁时亦会对地铁隧道产生一定程度的载荷，当客流量超过地铁隧道的承载范围时，地铁隧道就会产生不同程度的沉降[3]。

二．软土地铁隧道沉降的防止措施

（一）对软土地区的土质特性进行全面检测

在地铁项目的初始阶段，要对承建地铁隧道的软土地区的土质特性进行全面检测，为地铁项目的规划设计提供准确的数据，降低后期因软土地区的土质影响造成沉降的风险。地铁项目的负责人要组织相关人员成立专门的土质和地质勘查部门，让勘查部门的各个小组承担一定区域的土质勘查，让每个小组将勘查的数据和结果汇总到部门负责人，最后由部门负责人将汇总的数据进行整理和分析，为地铁隧道的规划设计提供准确的数据支撑，规避不必要的风险[4]。

（二）对地铁隧道的结构进行合理的规划和设计

在地铁项目的规划设计阶段，规划设计人员要根据相关部门勘查的土质数据，分析软土地区土质的疏松性、固结性、蠕变性、各向异性等，同时考虑地上其它地上建筑的影响，设计出科学合理的地铁隧道结构。第一，地铁项目的规划设计人员要结合承建地区的土质特征，进行地铁隧道结构的规划设计，避免因土质疏松造成地铁隧道的沉降；第二，地铁项目的规划设计人员要结合地区的地下水位特征及其水位变化，进行地铁隧道结构的规划设计，避免因地下水位的变化造成地铁隧道的沉降。

（三）严格控制地铁隧道的施工质量

在地铁项目的施工阶段，项目负责人要严格控制地铁隧道的施工质量。第一，严格按照建筑规范和施工图纸进行施工；第二，成立相关的质量检测部门，实时的对地铁隧道的施工进行检测和勘误；第三，严格控制地铁隧道的施工材料，使施工材料符合国家安全标准和设计图纸，避免因材料使用不当造成地铁隧道的沉降[5]。

结语

软土地区的土质具有疏松性、固结性、蠕变性、各向异性等特性，亦受地下水位高低及其水位变化的影响，继而影响软土地区的特性，使软土地区的土质特性产生变化。在地铁隧道的建设过程中，要综合考虑软土地区的土质特性、地下水位、其它地上建筑布局等，对地铁隧道的结构进行科学合理的规划设计，严格控制地铁隧道的施工质量，降低地铁隧道产生沉降的风险和隐患，同时要对营运中的地铁隧道进行定期的检测，避免沉降的风险和隐患，提升地铁隧道的质量，从而使地铁能缓解交通拥堵和避免环境污染，确何人们的绿色出行。

参考文献

[1]狄宏规,周顺华,宫全美,王培鑫,肖军华.软土地区地铁隧道不均匀沉降特征及分区控制[J].岩土工程学报,2015,(S2):

[2]李桂华,席广永,赵兵帅,郭献涛.基于多因素的软土地铁隧道运营期沉降成因研究[J].测绘通报,2014,(S2):

[3]杨兵明,刘保国.地铁列车循环荷载下软土地区盾构隧道长期沉降分析[J].中国铁道科学,2016,(03):

[4]姜洲,高广运,赵宏,陈功奇.软土地区地铁行车荷载引起的隧道长期沉降分析[J].岩土工程学报,2013,(S2):

[5]黄大维,周顺华,宫全美,韦凯.软土地区地铁不同结构间差异沉降特点分析[J].同济大学学报(自然科学版),2013,(01):