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摘要：在我国城市化进程中，为了缓解交通压力，各大城市纷纷建立更方便更快速的地铁。但是随着时间的推移，许多地铁隧道出现了不同程度的沉降，且有继续扩大的趋势。本文以北京某地铁为例，分析了地铁结构出现不均匀沉降的原因及沉降特征，并提出了解决这种问题的方法。
关键词：地铁隧道：不均匀沉降；分区控制
最近几年来，我国大型发达城市诸如北京、上海、武汉等，在地铁隧道的建设过程中都出现了不同程度的沉降，且有愈演愈烈的趋势。地铁隧道的不均匀沉降问题不容小觑，这一问题不仅会对地铁自身造成严重的影响，还会殃及周边的工程实施。许多专家做过分析，大规模的沉降使列车在行驶的过程中加剧振动，轮轨之间的摩擦消耗增大，从而致使地铁轨道严重变形，随之而来的是隧道结构破损、不断有水和泥沙往下渗。这些损耗使地铁的维修费用增加，还会降低轨道系统的安全系数，对人的生命安全构成威胁，不均匀沉降问题不容忽视，必须想出行之有效的方法来解决这一严重的问题。但是，地铁与公共汽车不同，前者在地下运行，维修空间小，且施工天窗时间短，在地铁运营的时间段内解决这一沉降的问题是有很大难度的。本文提出了对地铁沿线进行分区控制的方法，实验表明这种方法经济实惠，是一种行之有效的方法。
一、工程概况
该地铁位于北京市，部分区段穿过的地区堆积了大量泥沙，致使土质疏松，属于分布不均匀的软土地区。由于土质条件导致该区段发生了大范围不均匀的沉降。本文将该地段作为分析对象，研究其发生沉降的特征和原因。
（一）隧道地面及地基加固形式
该区段采用的是从地面向下分层、分段依次开挖的明挖法，隧道地基采用搅拌桩满堂加固的方式，桩的直径是0.5米，桩与桩之间的距离为0.75米，其中加固的深度在隧道板下面大约5米，其中长方形隧道的单洞宽4.4米，高度为5.16米[1]。
（二）地质条件
该区地质主要是淤泥质粉质黏土层和粉土层，大部分隧道底板穿过淤泥质粉质层，其余的位于粉土层中，而且这种地质结构下黏土的厚度不一致，分布不均匀。从物理力学角度分析，淤泥质粉质黏土表现出软—流塑状态，平均含水率高达40%，平均压缩模量小于3.2MPa，地基承载力标准值为60～80KPa，正是由于该地段的土质含水率高、压缩性高、承载力低的这些特点，该地铁完工之后运营过程中出现了不同程度的沉降[2]。
二、地铁不均匀沉降的特征
由于土质的原因，该线地铁通过的地区出现沉降的程度不同，车站的沉降程度比较小，而隧道内的沉降程度相对来说比较大。自通车运营算起，初期沉降程度小，后来逐渐扩大，从4年内的累计沉降曲线上可以算出最大累积沉降竟至122毫米。地铁沿线出现了四个沉降槽，目前观察出这些沉降槽还会不断向外扩张，范围不断增大。本文选取了几个较为典型的断面，绘制了地铁隧道随时间沉降的曲线，如图2。这些断面中，处于非沉降槽区的断面沉降发展相对较慢，且不会继续扩大，相反范围不断缩小。但是处在沉降槽区的断面不仅沉降发展很快，还不断向两边扩张，范围不断扩大。
三、不均匀沉降的原因
（一）地质条件
土质条件不一样，沉降的程度也会不同。该地铁沿线软土层分布不均匀，有的地方黏土层比较厚，有的区段黏土层相对较薄，本文绘制了不同黏土层的厚度与累积沉降量的关系图，从图中来看，沉降槽地下的软土层大约有20米厚，而且沉降槽区的软土层厚度明显大于非沉降槽段。地铁隧道的地下软土层分布不均匀引起了该地铁区段发生不均匀的沉降。
（二）地铁周围的大型建筑活动
本文将地铁沿线的建筑工程活动和沉降槽区段的位置分布进行对比，绘制出了对比图，且将周围的建筑工程活动进行统计。从中可以很明显地看出，沉降槽区段的建筑工程活动远远多于非沉降槽区段，这说明沉降的发生与周围的工程活动有极其密切的关系。这是因为周边的大型建筑活动在施工工程中会对土体产生影响，例如降水、加载、卸载、施工中对土体的不断扰动等，都会对地铁隧道的沉降产生非常大的影响，加剧沉降的发生，促使其沉降不断恶化[3]。这也是地铁沉降槽形成的部分原因。
除此之外，一些影响较小的因素，如隧道中局部地段的渗漏、循环车载作用等，也由于建筑活动的不断干扰，加大了不利的影响，使沉降程度不断加深，有往外蔓延的趋势。
四、采取措施，分区控制
了解了该区段地铁发生沉降的原因和规律，要采取措施遏制沉降的进一步扩大，并逐步改善现状，防止事态的恶化。本文拟采用分区控制的方法，根据该地铁沿线的地质条件和周围地区的工程活动程度，将该地铁分为重点、次重点和一般三类控制区。分区的具体依据是下卧软土层厚度和结构累积沉积量。重点控制区的软土层厚土都大于20米，结构累积沉降量在20毫米以上，周边的工程活动非常频繁，开发力度很大，结构病害异常严重。这类控制区必须列为重点控制对象，遏制事态的进一步恶化；次重点控制区，软土层厚度在20米以下，结构累积沉降量也很低，大约在0至40毫米之间，周围的工程活动相对较少，结构病害相对较小，但是后期有可能加大开发力度，所以将其列为次重点控制区；一般的控制区基本工程活动或者工程活动已经完工，对地铁沉降的影响很小。这三类控制区特点不同，结构危害程度也不同，所以采取不同的措施对其进行沉降监测，并根据危害程度进行维修养护。
上述的分析是在地铁运营之后，出现沉降情况之后采取的措施，是“亡羊补牢”式的挽救。其实对于地铁的修建应从各个环节加以考虑，因为每个环节的操作失误都有可能引起沉降的发生。从刚开始设计之时，就要对修建地铁的地区从地质条件着手分析，对其进行详细的考虑，尽量避免软土层厚的地区，若是无法避免也要设计出详细的预处理方案。在施工过程中，不能偷工减料，要严格把关，信守质量第一的理念，减少对地铁周围土体的强烈干扰。最后在运营阶段，不仅要严格控制周围的建筑活动和地下水的开采，还要对渗水的区段进行维修处理，在三个不同的控制区分类处理。
结论
近年来，许多大型城市的地铁都出现了不同程度的沉降，这一问题引起了政府的关注，并指示要采取措施进行修复。本文选取北京某地铁部分进行分析，该地铁沿线出现了不同程度的不均匀沉降，且向周边不断扩大。之所以会出现沉降，是因为该地铁沿线的软土层较厚且分布不均及周围地区的开发对土体的严重扰动。所以根据该地铁沿线的地质条件和工程活动程度，采取分区控制的措施，加紧修复。
参考文献
[1]黄大维,周顺华,宫全美,等.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,2013,41(1):95-100.
[2]汪小兵,王如路,刘建航.上海地铁隧道某区段不均匀沉降的成功治理[J].地下工程与隧道,2012(3):1-6.
[3]韦凯,翟婉明,肖军华.软土地基不均匀沉降对地铁盾构隧道随机振动的影响分析[J].中国铁道科学,2014,35(2):38-45.
论文作者:薛永利
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/21
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