1、前言

地下空間作為城市的重要資源，在發(fā)達(dá)國家得到了多方面的應(yīng)用，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市地下空間的開發(fā)利用已經(jīng)受到廣泛重視，城市地下工程的興建已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。就地下鐵路來看，我國從1965年開始修建地下鐵道，至今已有北京、天津、上海、廣州、深圳、南京等大城市建成部分地鐵，武漢等其它城市也即將或?qū)⒁藿ǖ罔F，我國的地鐵建設(shè)已步人快速發(fā)展階段。

然而，在地鐵工程的施工中，地表沉降事故發(fā)生的概率很高。以深圳地鐵一號(hào)線的建設(shè)為例，在施工工期內(nèi)，地面沉降事故占總事故的25％。事故發(fā)生地位于深圳市區(qū)繁華地段，對(duì)工程周圍的建筑物以及地下管線產(chǎn)生了一定的影響，同時(shí)也影響了工程的進(jìn)度增加了工程的費(fèi)用。

所以，不論從工程進(jìn)度、費(fèi)用的控制方面考慮還是從工程質(zhì)量安全方面來考慮，都要對(duì)地表沉降控制有足夠的重視，從各個(gè)方面著手，來控制沉降的發(fā)生。

2、地鐵工程沉降控制的重要性

地表沉降的主要危害有：

（1）沿海地區(qū)沉降使地面低于海面，受海水侵襲；

（2）一些港口城市，由于碼頭、堤岸的沉降而喪失或降低了港灣設(shè)施的能力；

（3）橋墩下沉，橋梁凈空減小，影響水上交通；

（4）在一些地面沉降強(qiáng)烈的地區(qū)，伴隨地面垂直沉陷而發(fā)生的較大水平位移，往往會(huì)對(duì)許多地面和地下構(gòu)筑物造成巨大危害；

（5）在地面沉降區(qū)還有一些較為常見的現(xiàn)象，如深井管上升、井臺(tái)破壞，高擺脫空，橋墩的不均勻下沉等，這些現(xiàn)象雖然不致于造成大的危害，但也會(huì)給市政建設(shè)的各方面帶來一定影響。

針對(duì)地鐵工程而言，進(jìn)行沉降控制的重要性體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

（1）城市地鐵工程一般位于城市的繁華地段，周圍建筑物密集、各種地下管線縱橫復(fù)雜交錯(cuò)，一旦沉降事故發(fā)生，將可能造成建筑物開裂、傾斜，地下管線斷裂等事故。影響市民正常生活，造成各種糾紛，進(jìn)而影響工程施工的進(jìn)度，增加工程的費(fèi)用。

（2）沉降事故在地鐵工程的施工中屬于多發(fā)事故。同時(shí)其發(fā)生的直接表現(xiàn)為地下隧道拱頂?shù)南鲁粱蛱?，而這種塌陷的發(fā)生又多由圍巖涌水、涌泥，支護(hù)失效，工程爆破等原因引起。這些原因的存在和發(fā)生，可以導(dǎo)致施工現(xiàn)場(chǎng)的人員傷亡、設(shè)備損壞，進(jìn)而影響工程進(jìn)度、增加工程費(fèi)用，造成嚴(yán)重的后果。

可以看出，事故的多發(fā)性和事故后果的嚴(yán)重性，使沉降事故成為地鐵施工中的重大風(fēng)險(xiǎn)因素，在施工過程中進(jìn)行沉降控制技術(shù)的研究和應(yīng)用使十分必要的。

3、地鐵工程沉降控制技術(shù)

3.1地面沉降發(fā)生的機(jī)理分析

地鐵工程以上地面的巖層或土層在自然狀態(tài)下，一般處于應(yīng)力平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。在地下工程施工中，要通過人工、機(jī)械或者爆破等方式進(jìn)行土石方開挖。土石方的移除、土石層孔隙水的排出，必然會(huì)改變土石地層的應(yīng)力狀態(tài)，使之處于非平衡狀態(tài)。這種狀態(tài)可以在短時(shí)間內(nèi)或者經(jīng)過較長的時(shí)間效應(yīng)變化之后顯現(xiàn)出來，出現(xiàn)坍塌、變形等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致地面沉降。

3.2地面沉降發(fā)生的原因分析

3.2.1土層的沉降原因分析

（1）土層自身的特點(diǎn)：天然土體一般是由礦物顆粒構(gòu)成骨架體，孔隙水和氣體填充骨架體而組成的三相體系。飽和土由土顆粒和水組成，土顆粒之間存在膠結(jié)物，有些沒有粘結(jié)。但是它們都能傳遞荷載，從而形成傳力骨架，叫做土骨架。外載荷作用在土體上，一部分由孔隙水承擔(dān)，叫做孔隙水壓力，另一部分則由土骨架承擔(dān)，就是有效應(yīng)力，對(duì)引起壓縮和產(chǎn)生強(qiáng)度有效?？紫端畨毫梢苑殖蓛刹糠郑粋€(gè)是靜水壓力，在荷載施加之前就存在，一個(gè)是超孔隙水壓力，由外載荷引起。土體的變形是孔隙流體及氣體體積減小、顆粒重新排列、顆粒間距離縮短和骨架體發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果。粘性土有一定的厚度，水總是在土層透水面先排出，使孔隙壓力降低然后向土層內(nèi)部傳遞。這種孔壓力降低的過程，一方面取決于土的滲透性，另一方面取決于在土中的位置。軟粘土的滲透系數(shù)很低，固結(jié)過程很長。土體受外力后，土粒和孔隙中的流體均將發(fā)生位移。當(dāng)建筑物通過基礎(chǔ)將壓力傳遞給地基后或者土層下部通過土石方開挖而失去支承，土體內(nèi)部將發(fā)生應(yīng)力變形。從而引起地基下沉或地表下沉。

（2）施工方案的選擇：預(yù)防沉降的發(fā)生，進(jìn)行正確的、可靠的支護(hù)是十分重要的。當(dāng)支護(hù)方法不當(dāng)或者失效的時(shí)候，難以使土層處于穩(wěn)定狀態(tài)，土層將失去穩(wěn)定性，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致地層沉降。

3.2.2巖石層的沉降原因分析

（1）巖石層的沉降與巖石層的地質(zhì)特點(diǎn)有直接關(guān)系：巖石在長期的地質(zhì)演變中產(chǎn)生出褶皺、裂隙、斷層等地質(zhì)構(gòu)造。褶皺是巖石在構(gòu)造中受力形成的連續(xù)彎曲變形。巖石中沿?cái)嗔衙鏇]有位移的斷裂為裂隙。褶皺巖層核部產(chǎn)生許多裂隙，而背斜頂部巖層易塌落，向斜核部是儲(chǔ)水豐富的地段，地鐵隧道中易發(fā)生巖層的塌落、漏水及涌水。地鐵隧道與褶皺走向一致時(shí)建筑中易發(fā)生巖層順層滑動(dòng)。斷層是兩盤巖石沿?cái)嗔衙姘l(fā)生位移的斷裂，一般伴有幾米到幾十米的巖石破碎帶。地鐵隧道工程通過斷裂帶時(shí)易發(fā)生坍塌，車站建筑物易發(fā)生不均勻沉降等。

（2）施工方案的選擇：防排水、支護(hù)等施工方式的正確選擇以及方案的有效性都會(huì)影響到巖層沉降控制的效果。當(dāng)方案失效的時(shí)候，可能會(huì)導(dǎo)致生沉降的發(fā)生。

3.3沉降控制技術(shù)的機(jī)理

施工中會(huì)造成地層的地層損失、原始應(yīng)力狀態(tài)變化、土體固結(jié)、土體的蠕變，同時(shí)還可能發(fā)生支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形等情況的發(fā)生。所以，進(jìn)行地層沉降控制，其出發(fā)點(diǎn)是保持或者加強(qiáng)原有地層的穩(wěn)定性，維持其穩(wěn)定的應(yīng)力平衡狀態(tài)。

3.4沉降控制技術(shù)

資料表明，隧道施工引起地表沉陷的程度主要取決于：

（1）地層和地下水條件；

（2）隧道埋深和直徑；

（3）施工方法。

其中，施工方法的影響更為明顯。同樣的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)，不同的施工方法引起的地表沉陷會(huì)有很大的差異。因此，對(duì)地鐵的施工方法進(jìn)行對(duì)比分析是建設(shè)者必須首先論證的問題。

地鐵的施工方法主要有3種：明挖法、新奧法和盾構(gòu)法。明挖法由于對(duì)地面交通干擾大，且因敞開作業(yè)對(duì)周圍環(huán)境千擾、污染嚴(yán)重，現(xiàn)在已經(jīng)較少使用。新奧法和盾構(gòu)法對(duì)環(huán)境干擾小，是主要的施工方法。下面結(jié)合地表沉陷的產(chǎn)生與控制措施對(duì)這2種施工方法進(jìn)行概述。

3.4.1新奧法

所謂新奧法就是施工過程中充分發(fā)揮圍巖本身具有的自承能力，即洞室開挖后，利用圍巖的自穩(wěn)能力及時(shí)進(jìn)行以噴錨為主的初期支護(hù)，使之與圍巖密貼，減小圍巖松動(dòng)范圍，提高自承（2）應(yīng)急計(jì)劃對(duì)象區(qū)域劃定：根據(jù)應(yīng)急救援救援力量來源的范圍一般分為區(qū)域應(yīng)急救援和單位應(yīng)急救援。

（3）編制應(yīng)急救援計(jì)劃：包括技術(shù)措施和組織協(xié)調(diào)措施兩個(gè)方面。

（4）應(yīng)急救援資源配置：包括人才資源和設(shè)備、物料的配置兩個(gè)方面。

（5）應(yīng)急救援預(yù)案演練：一方面是對(duì)各方面因素的協(xié)調(diào)性的演練，一方面是發(fā)現(xiàn)不足實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的手段。

（6）應(yīng)急預(yù)案效果評(píng)價(jià)與改進(jìn)：應(yīng)急救援方式會(huì)隨著社會(huì)環(huán)境、技術(shù)條件等因素的變化而變化，所以要持續(xù)改進(jìn)以適應(yīng)各方面的環(huán)境因素變化，從而能夠發(fā)揮預(yù)案應(yīng)有的效能。

2、一般內(nèi)容：核心是制定所采取的技術(shù)和組織措施。

（1）組織機(jī)構(gòu)及其職責(zé)。包括：應(yīng)急預(yù)案制定、日常協(xié)調(diào)和指揮的機(jī)構(gòu)；相關(guān)部門在應(yīng)急救援中的職責(zé)和分工。

（2）危險(xiǎn)源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

（3）通告程序與報(bào)警系統(tǒng)：確定由哪一級(jí)組織啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)。

（4）應(yīng)急設(shè)備設(shè)、物料的配置。

（5）應(yīng)急能力與資源配置的評(píng)價(jià)。

（6）事故應(yīng)急救援針對(duì)性措施程序的制定。

（7）信息發(fā)布與公眾教育。

（8）事故后恢復(fù)程序。

（9）培訓(xùn)與演練。

（10）應(yīng)急預(yù)案的維護(hù)。

（二）沉降事故處置應(yīng)急預(yù)案的編制過程

（1）成立預(yù)案編制小組：沉降事故應(yīng)急預(yù)案編制小組應(yīng)該由施工單位、施工監(jiān)理單位和業(yè)主三方面的人員參加，由質(zhì)量與安全方面的第一負(fù)責(zé)人、專業(yè)技術(shù)人員、輔助人員（包括財(cái)務(wù)、物資供應(yīng)人員等）構(gòu)成。

（2）風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估：由專業(yè)技術(shù)人員針對(duì)沉降事故進(jìn)行各個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)。

（3）編制應(yīng)急預(yù)案：以風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)編制沉降事故應(yīng)急預(yù)案。

（4）應(yīng)急預(yù)案的評(píng)審與發(fā)布：由總工程師組織相關(guān)技術(shù)人員對(duì)應(yīng)急預(yù)案的準(zhǔn)確性、有效性進(jìn)行審核，提出改進(jìn)建議，從而使預(yù)案趨于完善。在修改完善之后，把預(yù)案通報(bào)給全體施工人員、生產(chǎn)質(zhì)量安全管理人員、建設(shè)監(jiān)理人員及業(yè)主，并組織對(duì)預(yù)案的學(xué)習(xí)。

（5）應(yīng)急預(yù)案的實(shí)施：在實(shí)踐中檢驗(yàn)預(yù)案的有效性。

（6）應(yīng)急預(yù)案的持續(xù)改進(jìn)：沉降事故的發(fā)生具有共性，但是在實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)發(fā)生未預(yù)想到的情況。所以在生產(chǎn)中要做到對(duì)應(yīng)急預(yù)案的持續(xù)改進(jìn)。

（三）沉降事故應(yīng)急處置的資源配置

1、人員配置及組織管理

應(yīng)急處置所需的人員有三個(gè)方面：指揮人員、沉降事故處理技術(shù)人員、應(yīng)急處置輔助人員（包括醫(yī)療救護(hù)、設(shè)備物料運(yùn)送、其他人員）。

人員的組織管理要建立起一個(gè)完善的組織體系，實(shí)行明確的分工，擁有高效的協(xié)調(diào)機(jī)制。

2、應(yīng)急處置所需設(shè)備、物料的儲(chǔ)備與管理

應(yīng)急所需設(shè)備和物料是進(jìn)行應(yīng)急處置的基礎(chǔ)，所需設(shè)備、物料的配備和使用管理關(guān)系到應(yīng)急響應(yīng)能否有效進(jìn)行。一方面設(shè)備、物料的全面配備要有嚴(yán)格的組織程序保障，另一方面對(duì)所配備設(shè)備、物料的嚴(yán)格保養(yǎng)、檢驗(yàn)也要寫進(jìn)組織程序。這樣才能保證設(shè)備物料的有效性。

（四）風(fēng)險(xiǎn)因素的辨識(shí)和評(píng)估

沉降事故的發(fā)生原因、可能結(jié)果等因素是編制事故應(yīng)急處置技術(shù)措施的基礎(chǔ)。

（五）沉降事故應(yīng)急響應(yīng)程序的制定

事故發(fā)生在時(shí)間上具有突發(fā)性，應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)必須在短時(shí)間內(nèi)完成。那么，如何使應(yīng)急預(yù)案在短時(shí)間內(nèi)全面協(xié)調(diào)地運(yùn)作起來就成為事故處置效果的關(guān)鍵影響因素。應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)的啟動(dòng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要調(diào)動(dòng)起人員、設(shè)備、物料等多方