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【摘 要】随着社会经济的不断发展及地铁事业的快速发展，地铁建设已成为一个城市的重要标志。在地铁的施工过程中，由于施工造成的地层损失与地下水流失容易引发的地表沉降对人民的生活造成极大的影响。因此，需要找到一种有效的预测方法，以预防地铁施工中出现地面沉降现象。本文通过介绍土体沉降预测模型，并结合实例进行预测。
【关键词】地铁施工；地面沉降；预测方法
在地铁施工中，由于施工引起的地层损失、土体松动及水土流失造成土体固结，从而导致地面沉降，对周围环境造成极大的影响，若处理不当，还容易造成更为严重的后果。因此，在地铁隧道建设中，无论采取哪种施工方法，都会不可避免地造成地表出现一定的沉降，若地面沉降的程度过大，就会对地面建筑物及地下管线造成影响。再加上地铁线路通常都是建在人口较多，地面建筑较多的繁华地带，使地面沉降问题受到的关注度不断升高。因此，在地铁隧道施工过程中，如何选用一种科学、可行的地面沉降预测方法非常关键。
1.土体沉降模型
在地铁施工过程中出现的地面沉降现象也叫沉降槽。在沉降槽的计算中，多数地铁施工单位都会选择Peck公式进行，认为隧道沉降槽与概率论中的正态分布曲线相似，且和地层损失呈正比。其公式为：
其中，δ（χ）为距离沉降槽中心χ处的沉降量；δmax为距隧道中心线最大的沉降量；Vs为沉降槽体积，也就是单位长度地层损失量；χ为距隧道轴线的距离；i为沉降槽宽度系数；而Vs与i则是由以下公式来确定：
其中，z为隧道埋深；φ为土壤内摩擦角。
对于地面沉降沿隧道纵向的分布，通常采用累积概率曲线公式进行计算，其表达式为：
其中，δ（y）为沿隧道掘进方向坐标为y处地表点的沉降；y为地表面点沿隧道掘进方向的坐标；yi为隧道开挖面推进起始点；yf为当前隧道开挖面的位置。
通过概率表，可得出G（0），G（0）=0.5，G（∞）=1.0。通过上式可求出，隧道开挖面上方地表处的地面沉降等于开挖面后方最大地面沉降的1-2倍。
2.实例分析
以某市某地铁工程为例，该地铁工程的盾构掘进现场根据勘探、原位测试与室内土工试验成果，根据地层的沉积年代与成因类型等情况进行分析，经该工程场地中的土层归类为四大类，即：人工堆积层（Qm1）、新近沉积层（Q43+ 2al）、第四纪全新世冲洪积层（ Q41al+ pl）和晚更新世冲洪积层（Q3al+ pl）。并根据地层岩性与地层物理力学性质，将其再次分为8个大层与多个亚层。
选取某地面作为建筑地点的沉降分析。对土体沉降进行预测采用PECK 经验公式进行，其公式为：
公式中的i由下式所决定：
其中，式中的φ值取盾构机穿越地层的加权平均值，求出i值后，该工程段为9.09。其中Vs是由公式π×r2×S2×ι给出的。其中S取盾构理论地层损伤量的17%，ι则是由盾构机主体长与经验影响范围之间的值所确定。在该工程的预测中，值为20.125m，而r值为6.14m，对编程的全部计算则是由MATLAB進行自动计算，该工程所预测出来的土体沉降量曲线，如图1所示。
通过土体沉降量预测曲线图可以看出，该工程土地面上土体沉降量最大的为18毫米。根据现行的《建筑地基基础设计规范》与对建筑现状进行全面的评估得知，建筑地面允许存在的差异沉降值在15毫米左右。因此，在该工程施工的过程中，若不及时采取有效的防护措施，18毫米的沉降量极易导致建筑物出现损坏情况。
因此，在该工程中，施工单位根据建筑地面沉降的结果，在建筑施工的工程中选用特殊的注浆材料，并采用注浆与二次注浆的施工工艺，使建筑施工得以安全、顺利进行。通过分析建筑施工过程中的检测数据，建筑地面最后出现的沉降量减少不少，对地面建筑的正常使用不造成任何的影响，从而起到保护建筑安全的重要作用。
图1 土体沉降量预测曲线
3.结束语
综上所述，沉降预测的模型种类比较多，因此，根据建筑地面沉降情况而选择科学、可行的沉降预测模型。这就要求不仅要和充分结合实际的建筑地质情况，还要与盾构机械进行有效结合。因此，在地铁隧道施工过程中，沉降预测对正确选择后续的施工工艺有着非常重要的指导性作用。通常采取有效的预测方法，以准确预算出建筑地面的沉降面积，再根据预测出来的结果采用相应有效的措施，以加强沉降控制与保证区域地层的稳定性，从而有效预防建筑对周围环境的影响与破坏，对提高建筑的安全性及保证施工单位与业主的经济效益具有重要的意义。以上实例表明，采用Peck法与随机介质法进行计算时，按照实际测量的数值对相关参数进行预测，能有效对地铁施工地面沉降、地面变形等现象进行预测，并根据预测结果采取有效的控制措施，对地铁施工建设具有重要的意义。
参考文献：
[1]林佑安.地铁施工中地面沉降的预测方法与实例分析[J].黑龙江科技信息，2013，28（5）：273.
[2]刘庆伟地铁施工中地面沉降的预测方法与实例分析[J]山西建筑，2012，33（23）：236-237.
[3]李铀，李小强，彭意.地铁施工中的地表沉陷控制方法与工程实例[J].岩石力学与工程学报，2009，28（2）：5111-5117.
[4]刘波，刘纪峰，陈军等.地铁隧道盾构施工的纵向地表沉降预测研究[A] 中国土木工程学会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会.中国土木工程学会第十一届、隧道及地下工程分会第十三届年会论文集[C].中国土木工程学会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会：2009：32（5）：254.
[5]潘海泽，蒋冰玉，黄涛. Peck公式在天津隧道盾构施工地面沉降预测中的适用性分析[J]. 测绘科学，2010，12（3）：53-55.
【关键词】地铁施工；地面沉降；预测方法
在地铁施工中，由于施工引起的地层损失、土体松动及水土流失造成土体固结，从而导致地面沉降，对周围环境造成极大的影响，若处理不当，还容易造成更为严重的后果。因此，在地铁隧道建设中，无论采取哪种施工方法，都会不可避免地造成地表出现一定的沉降，若地面沉降的程度过大，就会对地面建筑物及地下管线造成影响。再加上地铁线路通常都是建在人口较多，地面建筑较多的繁华地带，使地面沉降问题受到的关注度不断升高。因此，在地铁隧道施工过程中，如何选用一种科学、可行的地面沉降预测方法非常关键。
1.土体沉降模型
在地铁施工过程中出现的地面沉降现象也叫沉降槽。在沉降槽的计算中，多数地铁施工单位都会选择Peck公式进行，认为隧道沉降槽与概率论中的正态分布曲线相似，且和地层损失呈正比。其公式为：
其中，δ（χ）为距离沉降槽中心χ处的沉降量；δmax为距隧道中心线最大的沉降量；Vs为沉降槽体积，也就是单位长度地层损失量；χ为距隧道轴线的距离；i为沉降槽宽度系数；而Vs与i则是由以下公式来确定：
其中，z为隧道埋深；φ为土壤内摩擦角。
对于地面沉降沿隧道纵向的分布，通常采用累积概率曲线公式进行计算，其表达式为：
其中，δ（y）为沿隧道掘进方向坐标为y处地表点的沉降；y为地表面点沿隧道掘进方向的坐标；yi为隧道开挖面推进起始点；yf为当前隧道开挖面的位置。
通过概率表，可得出G（0），G（0）=0.5，G（∞）=1.0。通过上式可求出，隧道开挖面上方地表处的地面沉降等于开挖面后方最大地面沉降的1-2倍。
2.实例分析
以某市某地铁工程为例，该地铁工程的盾构掘进现场根据勘探、原位测试与室内土工试验成果，根据地层的沉积年代与成因类型等情况进行分析，经该工程场地中的土层归类为四大类，即：人工堆积层（Qm1）、新近沉积层（Q43+ 2al）、第四纪全新世冲洪积层（ Q41al+ pl）和晚更新世冲洪积层（Q3al+ pl）。并根据地层岩性与地层物理力学性质，将其再次分为8个大层与多个亚层。
选取某地面作为建筑地点的沉降分析。对土体沉降进行预测采用PECK 经验公式进行，其公式为：
公式中的i由下式所决定：
其中，式中的φ值取盾构机穿越地层的加权平均值，求出i值后，该工程段为9.09。其中Vs是由公式π×r2×S2×ι给出的。其中S取盾构理论地层损伤量的17%，ι则是由盾构机主体长与经验影响范围之间的值所确定。在该工程的预测中，值为20.125m，而r值为6.14m，对编程的全部计算则是由MATLAB進行自动计算，该工程所预测出来的土体沉降量曲线，如图1所示。
通过土体沉降量预测曲线图可以看出，该工程土地面上土体沉降量最大的为18毫米。根据现行的《建筑地基基础设计规范》与对建筑现状进行全面的评估得知，建筑地面允许存在的差异沉降值在15毫米左右。因此，在该工程施工的过程中，若不及时采取有效的防护措施，18毫米的沉降量极易导致建筑物出现损坏情况。
因此，在该工程中，施工单位根据建筑地面沉降的结果，在建筑施工的工程中选用特殊的注浆材料，并采用注浆与二次注浆的施工工艺，使建筑施工得以安全、顺利进行。通过分析建筑施工过程中的检测数据，建筑地面最后出现的沉降量减少不少，对地面建筑的正常使用不造成任何的影响，从而起到保护建筑安全的重要作用。
图1 土体沉降量预测曲线
3.结束语
综上所述，沉降预测的模型种类比较多，因此，根据建筑地面沉降情况而选择科学、可行的沉降预测模型。这就要求不仅要和充分结合实际的建筑地质情况，还要与盾构机械进行有效结合。因此，在地铁隧道施工过程中，沉降预测对正确选择后续的施工工艺有着非常重要的指导性作用。通常采取有效的预测方法，以准确预算出建筑地面的沉降面积，再根据预测出来的结果采用相应有效的措施，以加强沉降控制与保证区域地层的稳定性，从而有效预防建筑对周围环境的影响与破坏，对提高建筑的安全性及保证施工单位与业主的经济效益具有重要的意义。以上实例表明，采用Peck法与随机介质法进行计算时，按照实际测量的数值对相关参数进行预测，能有效对地铁施工地面沉降、地面变形等现象进行预测，并根据预测结果采取有效的控制措施，对地铁施工建设具有重要的意义。
参考文献：
[1]林佑安.地铁施工中地面沉降的预测方法与实例分析[J].黑龙江科技信息，2013，28（5）：273.
[2]刘庆伟地铁施工中地面沉降的预测方法与实例分析[J]山西建筑，2012，33（23）：236-237.
[3]李铀，李小强，彭意.地铁施工中的地表沉陷控制方法与工程实例[J].岩石力学与工程学报，2009，28（2）：5111-5117.
[4]刘波，刘纪峰，陈军等.地铁隧道盾构施工的纵向地表沉降预测研究[A] 中国土木工程学会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会.中国土木工程学会第十一届、隧道及地下工程分会第十三届年会论文集[C].中国土木工程学会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会：2009：32（5）：254.
[5]潘海泽，蒋冰玉，黄涛. Peck公式在天津隧道盾构施工地面沉降预测中的适用性分析[J]. 测绘科学，2010，12（3）：53-55.