确定地面沉降对地铁隧道沉降影响及保护隧道结构的方法
【技术领域】
[0001] 本次发明涉及的是一种建筑工程技术领域中的技术方法，具体是一种确定地面沉 降对地铁隧道沉降影响及保护隧道结构的方法。
【背景技术】
[0002] 我国沿海软土地层中地铁隧道通常采用盾构法施工，其衬砌是由管片拼接而 成。由于沿海软土灵敏度高、压缩性大，隧道在长期使用过程中极易产生隧道沉降和纵向 变形，导致隧道渗漏水、衬砌裂缝、轨道扭曲，严重时甚至威胁行车安全。Shen等于2014 年在《Tunnelling and Underground Space Technology》（隧道和地下空间技术）发表 的〈〈Long-term settlement behavior of the metro tunnel in the soft deposits of Shanghai》（上海软土地层隧道长期沉降现状）指出，软土盾构隧道长期沉降是由区域地面 沉降、邻近隧道施工、隧道渗漏水、隧道开挖、列车荷载等共同作用引起的，但各个因素的影 响大小仍难以区分。为了有针对性地控制隧道沉降及变形，有必要明确各个因素对隧道沉 降量的影响。
[0003] 地铁隧道的抗纵向变形弱，埋藏于地层当中，不可避免会受到区域地面沉降的"拖 拽"作用而发生变形。陈基炜和詹龙喜于2000年在《城市地质》发表的《上海市地铁一号 线变形测量及规律分析》一文中对比了 1999年上海地铁1号线隧道沉降与沿线区域地面沉 降的监测值，发现凡是地面沉降大的区域隧道沉降量也较大。叶耀东等于2007在《地下空 间与工程学报》发表的《软土地铁运营隧道病害现状及成因分析》一文中对比了上海人民广 场某地铁监测点沉降历时曲线与地面沉降历时曲线，发现二者趋势一致。尽管区域地面沉 降与地铁隧道沉降在空间上和时间上的相关性已经普遍被认可，地面沉降与地铁隧道沉降 之间的定量化关系仍不明确。事实上，地面沉降引起的隧道沉降与隧道底板以上的地层压 缩变形无关，而与隧道以下地层压缩有关，地面沉降监测结果尚不能反映其对地铁隧道的 影响。为了明确区域地面沉降对地铁隧道沉降的影响，有必要采取手段确定隧道下方地层 由区域地面沉降引起的沉降量。
[0004] 经对现有技术文献检索发现，目前地面以下地层沉降主要通过分层沉降监测技术 获得。该技术将埋设在不同深度土层的分层标点与基岩标联测获得不同土层的压缩、膨胀 量，从而测算出不同土层的沉降量。若采用该技术对隧道下方地层进行沉降监测，需要在隧 道沿线设立永久性分层沉降标点。当前，分层沉降标由于其安装过程复杂、成本昂贵在城市 仅有少数分布且大多与地铁隧道相距甚远。因此，分层沉降监测技术尚且无法用于隧道下 方地层沉降的监测。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种确定地面沉降对地铁隧道沉降影 响及保护隧道结构的方法。
[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：通过水准测量确定地铁隧道及车站沉降量， 以车站沉降量为型值点、利用三次样条插值拟合确定由区域地面沉降引起的地铁隧道沿线 沉降量曲线，从而确定地面沉降对地铁隧道沉降的影响，通过调查影响大的区域地面沉降 的原因并加以控制，进而达到保护隧道结构的目的。
[0007] 本发明所述确定地面沉降对地铁隧道沉降影响的方法，包括以下步骤：
[0008] 第一步，确定地铁隧道沿线各车站结构设计信息、车站场地的土层划分信息、各层 土的土体特性；
[0009] 优选地，通过钻孔取土方法获取车站场地的土层划分信息，利用采集的土样进行 室内密度试验和高压固结试验确定各层土的土体特性。
[0010] 优选地，所述的车站基本结构信息是指：车站结构设计尺寸及结构重度，地面超 载、车站人群荷载及列车荷载设计值。
[0011] 优选地，所述的钻孔取土方法是指：用厚壁取土设备，在车站施工现场从地面至车 站的设计深度的1.5倍取土，用于做室内常规土工试验及高压固结试验，取土量根据试件 量确定，以每层土不少于三个试件为宜；
[0012] 所述的室内密度试验是指：通过环刀法获取土样测得各土层的湿密度，并计算相 应的重度。将土样烘干，测定各层土土样的干密度，通过测定的干密度和湿密度换算土体的 孔隙比。
[0013] 所述的高压固结试验是指：首先采用环刀法切取扁圆柱体的土样，土样尺寸一般 取高2cm，直径大于高度的2. 5倍，每层土不少于三个试件为宜；试验时，将圆柱形试样放在 固结仪中，对土样逐级施加垂向压力，根据压力及土体的压缩变形量绘制半对数直角坐标 系中的e-logp曲线。通过对e-logp曲线的分析，确定土体的压缩指数C。和回弹指数C s。
[0014] 第二步，确定地铁隧道与车站的沉降量：测量地铁隧道沿线水准点沉降量及地铁 车站各水准点沉降量，建立直角坐标系，以地铁隧道纵向距离为X轴，以沉降量为y轴，作出 地铁隧道沉降曲线。
[0015] 本步骤中利用水准仪测量地铁隧道沿线水准点沉降量及地铁车站各水准点沉降 量；所述的水准仪测量指：进行地铁隧道水准测量时，在地铁隧道沿线道床上每隔6m设置 一个监测点，在地铁车站的站厅、出入口位置布置水准基点，并以地面一等水准测量路线作 为首级水准控制点进行联测。测量采用国家二等水准测量精度。测量路线采取附和水准线 路，即上行线和下行线为单程线路并在车站基准点进行附和。
[0016] 第三步，确定车站的平均沉降量：依次对地铁隧道沿线车站进行编号（1，2,… ?···η)，确定地铁隧道沿线各车站中心位置横坐标$及地铁车站的平均沉降量，并将点 (?,^)绘于在直角坐标系中。
[0017] 优选地，所述的地铁车站中心位置横坐标是指：对于第i个地铁车站，取地铁车 站纵向范围内所有监测点的横坐标，xn, xi2, "Iik,…xim(m为监测点数）；地铁车站中心位 置横坐标s满足以下公式：? =丄?Χ。 m k=i
[0018] 优选地，所述的地铁车站平均沉降量瓦是指：对于第i个车站，取地铁车站纵向范 围内所有监测点的沉降值，sn，Si2，…Sik，一SimOn为监测点数）；地铁车站平均沉降量瓦满 足以下公式：灵
【主权项】
1. 一种确定地面沉降对地铁隧道沉降影响的方法，其特征在于，包括如下步骤： 第一步，确定地铁隧道沿线各车站结构设计信息、车站场地的土层划分信息、各层土的 土体特性； 第二步，确定地铁隧道与车站的沉降量：测量地铁隧道沿线水准点沉降量及地铁车站 各水准点沉降量，建立直角坐标系，以地铁隧道纵向距离为X轴，以沉降量为y轴，作出地铁 隧道沉降曲线； 第三步，确定车站的平均沉降量：依次对地铁隧道沿线车站进行编号（1，2,…i…η)， 确定地铁隧道沿线各车站中心位置横坐标^及地铁车站的平均沉降量矣，并将点^瓦）绘 于在直角坐标系中； 第四步，对各地铁车站进行荷载及沉降分析，确定后期运营中由车站内部荷载引起的 沉降量，判断各地铁车