【正文】 勻下沉是由于在不均勻的地基土層中，地層固結(jié)變形、土層蠕變以及列車(chē)荷載及震動(dòng)等因素的作用所造成。嚴(yán)重還會(huì)造成縱向結(jié)構(gòu)破壞（見(jiàn)P242驗(yàn)算）。城市淺埋地下工程上覆地層的垂直位移通常表現(xiàn)出整體下沉的特點(diǎn)。城市地鐵隧道與山嶺隧道相比，嚴(yán)格控制地面沉降和地面和地面水平位移。由于隧道周?chē)膽?yīng)力路徑發(fā)生了變化，從而造成土體的基本計(jì)算參數(shù)發(fā)生了施工變異。隧道在開(kāi)挖中，在無(wú)支護(hù)情況下，隧道頂部都出現(xiàn)了松動(dòng)區(qū)，且隧道上部土體應(yīng)力路徑變化較為復(fù)雜，隧道底部向下延伸近似三角的區(qū)域?yàn)樾遁d區(qū)域（隧道底部回彈的區(qū)域）。隧道側(cè)面向上和向下延伸的“蝴蝶”區(qū)域?yàn)榧羟袎嚎s區(qū)（事故經(jīng)常在此區(qū)域發(fā)生）地下洞室開(kāi)挖后，其周?chē)鷮⑿纬扇齻€(gè)不同的區(qū)域，松動(dòng)圈、應(yīng)力增高區(qū)（承載環(huán)）和原始應(yīng)力區(qū)。洞室開(kāi)挖后增加了臨空面，洞壁由原來(lái)的三向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)。由于洞周應(yīng)力集中，松動(dòng)圈內(nèi)的巖石松動(dòng)，與原巖呈脫開(kāi)之勢(shì)，形成作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載。若支護(hù)剛度較大、支護(hù)較及時(shí)，即支護(hù)結(jié)構(gòu)提供的支撐力大于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載，則支護(hù)結(jié)構(gòu)便會(huì)限制巖體的變形，減小塑性區(qū)的擴(kuò)展半徑。隧道開(kāi)挖時(shí)，擾動(dòng)四周巖層，此時(shí)，地層中的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生了變化，在洞體四周表現(xiàn)較為明顯。隧道的形成破壞了地層原狀力線，通常，力線在洞體四周相對(duì)集中。此時(shí)，毛洞或初期支護(hù)所能提供的抗力很小，固此處只存在切向應(yīng)力和指向隧道的徑向應(yīng)力，這就造成了洞體開(kāi)挖后，洞體四周的圍巖向隧道位移，且周邊的切向應(yīng)力隨位移增大而增大。當(dāng)內(nèi)層圍巖向隧道內(nèi)位移后，由于應(yīng)力的調(diào)整，相鄰的圍巖也隨之向隧道內(nèi)位移，直到切向應(yīng)力在圍巖中達(dá)到新的平衡時(shí)，洞體才進(jìn)入初步穩(wěn)定狀態(tài)。這種應(yīng)力位移的交替變化會(huì)逐漸向遠(yuǎn)離洞周的地層深部發(fā)展，其發(fā)展的深度和變化數(shù)值大小取決于圍巖狀況、隧道跨度或洞室直徑、施工方法以及隧道埋深。對(duì)于深埋隧道來(lái)說(shuō)，應(yīng)力位移的變化在發(fā)展到一定深度后就會(huì)恢復(fù)到原始狀態(tài)。但是，對(duì)于淺埋隧道來(lái)說(shuō)，交替變化會(huì)波及到地面，造成地面的下沉（頂部位移直到地面為止，橫向也波及一定的范圍，構(gòu)成沉陷槽）。盾構(gòu)法施工引起的地層損失和隧道周?chē)軘_動(dòng)或受剪切破壞的重塑土的再固結(jié)，是導(dǎo)致地面沉降的基本原因。這種情形和淺埋暗挖法施工相同。見(jiàn)P249250地下工程新奧法施工的實(shí)質(zhì)是減小對(duì)地層的擾動(dòng)，充分利用圍巖自身的承載力，有效控制地層的變形?？刂频孛娉两档年P(guān)鍵是保持開(kāi)挖面穩(wěn)定，及時(shí)、密貼、大剛度的支護(hù)以及初期支護(hù)后的減小沉降措施。分部開(kāi)挖可以保證開(kāi)挖面穩(wěn)定，又可及時(shí)、有效的支護(hù)，對(duì)地層擾動(dòng)也減小了。地層預(yù)加固方法很多，常用的有：預(yù)注漿、超前管棚、插板法、超前錨桿。預(yù)注漿法包括從開(kāi)挖面、地面或?qū)Ф磧?nèi)注漿。注漿方式有滲透注漿、劈裂注漿、射流注漿等。注漿材料有化學(xué)漿液（水玻璃類(lèi)、高分子類(lèi)、水泥、黏土和藥劑配合液）和非化學(xué)漿液（水泥漿、黏土漿、水泥+黏土、水泥+鵬潤(rùn)土、砂漿等）。對(duì)于孔隙率較大的沙層、砂卵石層滲透注漿使用非化學(xué)漿液，對(duì)于滲透性較小的沙層滲透注漿可使用化學(xué)漿液。劈裂注漿適用于黏土層和密實(shí)粉細(xì)沙層。射流注漿適用于各種沙地層，特別是級(jí)配較好的砂卵石地層。滲透注漿通常在洞內(nèi)進(jìn)行，隧道開(kāi)挖前在開(kāi)挖輪廓以外注漿，形成一定厚度的加固帶，然后再其保護(hù)下開(kāi)挖隧道。若采用分布開(kāi)挖隧道，開(kāi)挖面任不易穩(wěn)定，可在開(kāi)挖面前方注入少量漿液，以穩(wěn)定開(kāi)挖面。通常，滲透注漿法有良好的防滲性。劈裂注漿適用于黏土和密實(shí)粉細(xì)沙層，常用于范圍較大的地層注漿加固，漿液一般用較稠的水泥漿液，對(duì)于有些地層，通過(guò)控制注漿壓力可達(dá)到劈裂注漿和滲透注漿的目的。射流注漿在實(shí)施時(shí)，空氣、水、稀漿液被噴進(jìn)地層，并在適當(dāng)位置與土顆粒、水泥和化學(xué)漿液混合，通過(guò)水和空氣射流將不合要求的土粒沖走，然后固結(jié)成較高強(qiáng)度的固結(jié)體，然后，在其保護(hù)下進(jìn)行隧道開(kāi)挖。射流注漿可豎直、水平或傾斜進(jìn)行。壓密注漿作為補(bǔ)救措施，解決沉降損失或修正沉降的一種注漿方式。它是在支護(hù)完成后通過(guò)高壓向支護(hù)體的上部注入很稠（塌落度小于5厘米）的漿液，以置換和壓實(shí)松散基土。注漿體是一種勻質(zhì)體，隨著注漿的繼續(xù)，其體積增大，從而逐漸減小地面沉降。壓密注漿不適合高壓縮性的淤泥質(zhì)黏土。劈裂注漿比滲透注漿可減小地面沉降1/31/2。地面錨桿一般采用全長(zhǎng)砂漿錨桿，錨桿與砂漿共同組成錨固體。它的錨固作用是通過(guò)錨桿與砂漿之間、砂漿與巖土體之間的摩擦阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。前者的主要功能是提高巖土體整體的強(qiáng)度和剛度，后者則是增強(qiáng)巖土體的摩擦阻力和抑制巖土體的沉陷滑移，進(jìn)而達(dá)到減小山體壓力的效果。提高巖土體整體強(qiáng)度和剛度的作用機(jī)理：向錨桿孔中注砂漿時(shí)，由于壓力的作用，漿液會(huì)擴(kuò)散，且順著巖土體的孔隙和裂隙滲透擴(kuò)散，當(dāng)錨桿孔間距布置合理，漿液擴(kuò)散半徑相互搭接，形成網(wǎng)狀膠質(zhì)結(jié)構(gòu)體，從而大大提高了巖土體強(qiáng)度和剛度，使巖土體的抗壓強(qiáng)度、剛度、強(qiáng)度有明顯提高。為保證加固效果、錨桿間距保持在漿液擴(kuò)散半徑范圍之內(nèi)。錨桿錨固的有效長(zhǎng)度為錨桿全長(zhǎng)的3/54/5。計(jì)算式見(jiàn)P266抑制巖土體沉降和減少壓力的作用機(jī)理：由于砂漿對(duì)錨桿的握裹力，以及砂漿與周?chē)妆诘酿そY(jié)力（孔內(nèi)砂漿灌注飽滿(mǎn)），使錨桿產(chǎn)生串掛固結(jié)作用，形成一個(gè)以錨桿為中心的加固區(qū)，使錨桿周?chē)鷰r土內(nèi)的抗剪強(qiáng)度大為提高。另外，錨桿的彈性模量比巖土體的彈性模量大，因而錨固體還可以約束巖土體內(nèi)由于剪切引起的剪脹作用，從而使巖土體與錨固體之間的摩擦阻力增大。正是由于地面錨桿群組成的這種串掛固結(jié)效應(yīng)，有效抑制和阻礙了地層的下沉滑移作用，使地層整體性和穩(wěn)定性得到加強(qiáng)。超前管棚有大管棚、小管棚、長(zhǎng)管棚、短管棚之分。管棚法與注漿法同時(shí)采用（整體剛度增加），達(dá)到保持開(kāi)挖面穩(wěn)定。大管棚、長(zhǎng)管棚控制地面沉降效果更好。超前插樁法是在開(kāi)挖面前方的地層中做成一個(gè)連續(xù)鋼管加固的、微樁（150mm250mm）注漿的傘形防護(hù)棚（使管外面與地層間的環(huán)形空間填滿(mǎn)漿液）。超前插樁法控制地面沉降的效果與長(zhǎng)管棚相當(dāng)，但施工速度更快，更經(jīng)濟(jì)。超前插板法是沿開(kāi)挖面拱部輪廓將插板以?xún)A斜角度打入或頂入地層中，沿縱向兩環(huán)插板之間有一搭接長(zhǎng)度，開(kāi)挖在超前插板的支護(hù)下進(jìn)行。超前插板法適用于沙質(zhì)地層、硬黏土地層或有地下水時(shí)用于穩(wěn)定開(kāi)挖面。有人認(rèn)為超前錨桿用于軟土隧道沒(méi)有效果（摩擦阻力?。?，因?yàn)榈貙榆浫跛缮ⅰ５芯孔C明，只要錨桿沿開(kāi)挖面前方地層的最小主應(yīng)變方向設(shè)置（控制應(yīng)力重分布路徑），就有較好控制地面沉降的效果。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)松散沙地層，當(dāng)超前錨桿傾斜約30度時(shí)有最佳的控制地面沉降的效果。保持開(kāi)挖面穩(wěn)定，減少對(duì)地層的擾動(dòng)，這對(duì)于控制地面沉降極其重要。新奧法施工的開(kāi)挖方法：分步開(kāi)挖法、壓縮空氣法、機(jī)械預(yù)切槽法。國(guó)內(nèi)外城市地下工程實(shí)踐和理論表明，軟土層大斷面淺埋隧道不宜全斷面開(kāi)挖，此時(shí)控制地層變形、維持開(kāi)挖面穩(wěn)定、減小地面沉降的最有效方法是分步開(kāi)挖。通常，增加開(kāi)挖步驟可使開(kāi)挖面更穩(wěn)定，且使地面沉降較小，特別在有地下水的情況下更需增加開(kāi)挖步驟，因地下水會(huì)大大減小地層的自立時(shí)間。開(kāi)挖順序?qū)偟某两涤泻艽笥绊懀心康牡剡x擇開(kāi)挖順序可使地面沉降較淺。軟土隧道分部開(kāi)挖宜盡早閉合斷面，盡量縮短仰拱的閉合距離，這對(duì)控制地面沉降尤其重要。壓縮空氣法是在開(kāi)挖面保持一定空氣壓力下掘進(jìn)隧道，目的是為了有效地穩(wěn)定開(kāi)挖面。采用壓縮空氣法可減少對(duì)地層的預(yù)加固，且可在有預(yù)加固措施配合的情況下進(jìn)行全斷面或大斷面開(kāi)挖，特別在有地下水和地層嚴(yán)重不穩(wěn)定的情況下，采用壓縮空氣法最為有利。工程實(shí)例說(shuō)明，壓縮空氣法對(duì)于地面沉降控制效果很好。機(jī)械預(yù)切槽法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)地層擾動(dòng)很小，幾乎不會(huì)改變地層的自然特征和應(yīng)力分布規(guī)律。在預(yù)切槽后立即噴混凝土填充，形成一個(gè)防護(hù)預(yù)成拱，可在預(yù)成拱下安全、快速地開(kāi)挖而不致產(chǎn)生大的地面沉陷。為了能進(jìn)行下一步切槽工作，預(yù)成拱形狀稍向外傾斜，以便沿縱向相互搭接。機(jī)械預(yù)切槽法適用于具有一定穩(wěn)定性且能充分成槽的地層。城市軟土層大斷面隧道施工控制地面沉降時(shí)，要求支護(hù)及時(shí)、密貼、大剛度、早封閉。新奧法初期支護(hù)通常采用鋼拱、網(wǎng)噴混凝土（軟土地層隧道徑向錨桿使用較少），二次襯砌采用模注混凝土或網(wǎng)噴混凝土。采用新奧法施工，要求開(kāi)挖后立即架鋼拱、掛網(wǎng)、噴混凝土（自穩(wěn)時(shí)間很短的地層需要在架鋼拱前先噴射一薄層混凝土），要求噴混凝土與圍巖密貼，不留空隙，要求支護(hù)剛度大，能控制地層變形，因此噴混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展是控制地層變形、減小地面沉降的重要因素，現(xiàn)常用格柵拱，主要是為了提高支護(hù)剛度；要求早封閉，這是減小沉降的重要因素，即使采用分步開(kāi)挖法，也要盡量使各開(kāi)挖步驟的支護(hù)是封閉的，必要時(shí)設(shè)臨時(shí)仰拱，全部開(kāi)挖完成后要及時(shí)封閉仰拱。纖維噴混凝土用來(lái)代替網(wǎng)噴混凝土，能更好的控制地面沉降。纖維噴混凝土在第一次開(kāi)裂后，具有更高的殘余承載力（。與網(wǎng)噴混凝土相比）含有纖維的噴混凝土襯砌，相當(dāng)或優(yōu)于通常的鋼筋網(wǎng)噴混凝土襯砌，隨著纖維長(zhǎng)度的增加，其強(qiáng)度和延展性都有明顯提高。為了保持開(kāi)挖面穩(wěn)定，減小地面沉降，常用的預(yù)加固方法是傳統(tǒng)的注漿法加固地層。射流注漿是較新的注漿技術(shù)，常與傳統(tǒng)的注漿方法配合使用，這樣能具有更佳的控制沉降效果。壓密注漿作為沉降補(bǔ)救措施，能很好地修正沉降。管棚（特別是長(zhǎng)、大管棚）施作較復(fù)雜。但管棚法較單純注漿法具有更好的穩(wěn)定開(kāi)挖面、控制沉降的效果，且能提高掘進(jìn)速度。超前插板法是管棚法的變種，具有類(lèi)似的控制沉降的效果，因其采用專(zhuān)門(mén)的配套設(shè)備，提高了施工速度。軟土層大斷面隧道一般采用分步開(kāi)挖法施工，不同的分步開(kāi)挖方法和開(kāi)挖順序?qū)Φ孛娉两涤泻艽笥绊?。采用分步開(kāi)挖法弧導(dǎo)開(kāi)挖時(shí)引起的沉降占總沉降的比例很大（約50﹪），需予以特別注意。若采用機(jī)械預(yù)切槽法，則可大大減小這部分沉降。及時(shí)進(jìn)行網(wǎng)噴混凝土，對(duì)于控制地面沉降具有很好的效果。無(wú)論采用何種措施減小地面沉降，及時(shí)封閉支護(hù)對(duì)于減小沉降都是很重要的。在隧道施工中，由于開(kāi)挖破壞了地層的原始應(yīng)力狀態(tài)，地層單元產(chǎn)生了應(yīng)力增量，特別是剪應(yīng)力的增量，從而引起地層的移動(dòng)，而地層移動(dòng)的結(jié)果又必將導(dǎo)致不同程度的地面沉降。當(dāng)?shù)孛娼ㄖ锖驮O(shè)施的基礎(chǔ)底部（天然地基、樁基礎(chǔ)等）的地基土擴(kuò)散而引起附加應(yīng)力，且該附加應(yīng)力的有效范圍處于隧道周?chē)蜕戏酵馏w受擾動(dòng)后的塑性區(qū)時(shí)，塑性區(qū)地層的施工沉降和后期固結(jié)沉降將引起建筑物的差異沉降。當(dāng)差異沉降過(guò)大時(shí)，建筑物會(huì)遭到損壞。至于天然淺基礎(chǔ)建筑物，其受施工影響的程度主要取決于地面沉降槽的特征（沉降曲線斜率大，沉降引起的建筑物的差異沉降就大，建筑物破壞的可能性就大）對(duì)于樁基礎(chǔ)建筑物，施工對(duì)建筑物的影響主要是由于地層橫向變形而引起樁基偏斜，以及由于地層松弛塑性變形而使樁基承載力降低，從而引起建筑物的沉降或傾斜變形，特別是當(dāng)樁基距隧道較近時(shí)，影響則更大。一般地，當(dāng)隧道埋深較大，且洞身地質(zhì)條件較好時(shí)，隧道開(kāi)挖引起的變形可以分成三個(gè)區(qū)，即松動(dòng)圈、塑性區(qū)、彈性區(qū)。當(dāng)樁基處在松動(dòng)圈時(shí)，地基變形導(dǎo)致樁基承載力大幅度降低；當(dāng)樁基處在松動(dòng)圈以外的塑性區(qū)時(shí)，地基變形也將導(dǎo)致樁基承載力較大降低；當(dāng)樁基在彈性區(qū)時(shí)，地基變形對(duì)樁基的影響較小。對(duì)樁基礎(chǔ)建筑物的保護(hù)，主要是對(duì)處在松動(dòng)圈和塑性區(qū)的樁基加以保護(hù)。實(shí)踐證明，在軟土地層中，隧道進(jìn)行盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)法施工參數(shù)的調(diào)整和控制以及盾尾的同步注漿是控制地面沉降行之有效的手段。盾構(gòu)開(kāi)挖面的土壓平衡控制是減小地層變形的關(guān)鍵，最重要的是土壓值的設(shè)定和控制土壓的理論設(shè)定值為靜止土壓+水壓，但在實(shí)際施工中應(yīng)視盾構(gòu)上方土體的隆陷變化情況進(jìn)行調(diào)整。盾尾的同步注漿管理見(jiàn)P273.施工或使用中的地下洞室的襯砌往往由于變形而出現(xiàn)各種損傷，其形式有襯砌開(kāi)裂、滲透水、變形侵限、下沉、底鼓、掉塊坍塌、基底翻漿冒泥、道床下沉斷裂等。淺埋暗挖法施工的復(fù)合式襯砌的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于盾構(gòu)法施工的管片襯砌強(qiáng)度，所以很少在運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)襯砌變形、開(kāi)裂等現(xiàn)象。洞室襯砌裂縫可分為縱向裂縫、環(huán)向裂縫、斜向裂縫三類(lèi)，同時(shí)也伴有其他少數(shù)方向不規(guī)則的裂縫。其中，縱向裂縫破壞了襯砌斷面的整體性，且縱向裂縫可以延伸很長(zhǎng)，其對(duì)隧道危害最大。從受力分析，襯砌裂縫基本上可分為壓裂、拉裂、剪裂三種類(lèi)型。壓性裂縫：從洞內(nèi)襯砌表面看，其裂縫邊緣呈壓碎狀，重者表層剝落掉塊，或產(chǎn)生酥化現(xiàn)象。掉塊呈魚(yú)鱗狀，中間厚，四邊薄。由于襯砌是一種偏心受壓的結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)被壓裂，這在多數(shù)情況下說(shuō)明外側(cè)已被拉裂，故壓性裂縫對(duì)襯砌的破壞性較大。拉性裂縫：其裂縫邊緣較整齊，大多沿隧道縱向發(fā)展。裂縫的寬度隨裂縫的深度而減小。內(nèi)側(cè)出現(xiàn)拉裂，外側(cè)可能沒(méi)有裂縫。嚴(yán)重拉裂時(shí)，外側(cè)可能壓碎，以致該斷面可能伴隨錯(cuò)動(dòng)發(fā)生。剪性裂縫：其裂縫寬度在表面與深處大致相同，襯砌在裂縫兩側(cè)沿剪切方向有錯(cuò)動(dòng)。襯砌出現(xiàn)剪切裂縫，極少數(shù)與不合格的施工間歇縫有關(guān)，而大多數(shù)是由于拉裂、壓裂造成的。即當(dāng)截面已被拉、壓破壞而錯(cuò)動(dòng)掉塊后，又受到擠壓所致，所以剪裂的出現(xiàn)說(shuō)明襯砌已被嚴(yán)重破壞。襯砌裂縫的規(guī)律：縱向多，環(huán)向少，拱圈多，邊墻少，拱腰多，拱頂少，尖拱多，平拱少，直墻多，曲墻少，受拉多，受壓少，淺埋多，深埋少，洞口多，洞身少，先拱后墻多，先墻后拱少，有水多，無(wú)水少。不能認(rèn)為只要襯砌一出現(xiàn)裂縫，就一定會(huì)影響襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，而要依據(jù)裂縫的性質(zhì)、嚴(yán)重程度、是否發(fā)展來(lái)判斷。鋼筋修燭裂縫：失去混凝土保護(hù)膜，鋼筋生銹體積膨脹，導(dǎo)致混凝土沿鋼筋開(kāi)裂（循環(huán)過(guò)程）。沉縮裂縫：混凝土在硬化過(guò)程中因塑性下沉所產(chǎn)生的裂縫稱(chēng)為沉降裂縫，或稱(chēng)塑性收縮裂縫。其一般在混凝土澆注后13小時(shí)發(fā)生。沉降裂縫與收縮裂縫形態(tài)相似，呈水平分布。引起混凝土沉縮的主要原因是水灰比和混凝土流動(dòng)性過(guò)大，使混凝土泌水下沉，或水分蒸發(fā)過(guò)快，使混凝土在結(jié)硬時(shí)下沉加大，或振搗不充分，混凝土沉實(shí)且不均勻。沉縮變形比收縮變形往往大數(shù)十倍。襯砌裂縫對(duì)建筑物的危害，主要表現(xiàn)在使結(jié)構(gòu)持久承載力和建筑物正常使用的功能（防水性能和氣密性）降低。裂縫的存在及超標(biāo)會(huì)引起鋼筋銹燭，降低結(jié)構(gòu)耐久性。鋼筋銹燭和結(jié)構(gòu)滲漏均隨裂縫寬度的增大而加快。當(dāng)裂縫寬度大到一定程度，就必須進(jìn)行修補(bǔ)處理。相反，當(dāng)裂縫寬度小于一定數(shù)值，其不利影響可以忽約。山嶺隧道淺埋暗挖法施工導(dǎo)致襯砌變形的因素有兩個(gè)，其一襯砌本身原因：設(shè)計(jì)不合理；混凝土強(qiáng)度和厚度不足，混凝土應(yīng)力松弛變形，襯砌背后有空洞；混凝土中的堿性成分與二氧化碳作用生成碳酸鹽，降低混凝土強(qiáng)度。襯砌變形與圍巖地質(zhì)條件關(guān)系密切，襯砌多發(fā)生在中等強(qiáng)度的地層中。西南地區(qū)的隧道大多通過(guò)石灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖和泥巖等巖層。前兩種巖石強(qiáng)度