【正文】 勻下沉是由于在不均勻的地基土層中，地層固結變形、土層蠕變以及列車荷載及震動等因素的作用所造成。嚴重還會造成縱向結構破壞（見P242驗算）。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。城市地鐵隧道與山嶺隧道相比，嚴格控制地面沉降和地面和地面水平位移。由于隧道周圍的應力路徑發(fā)生了變化，從而造成土體的基本計算參數(shù)發(fā)生了施工變異。隧道在開挖中，在無支護情況下，隧道頂部都出現(xiàn)了松動區(qū)，且隧道上部土體應力路徑變化較為復雜，隧道底部向下延伸近似三角的區(qū)域為卸載區(qū)域（隧道底部回彈的區(qū)域）。隧道側面向上和向下延伸的“蝴蝶”區(qū)域為剪切壓縮區(qū)（事故經常在此區(qū)域發(fā)生）地下洞室開挖后，其周圍將形成三個不同的區(qū)域，松動圈、應力增高區(qū)（承載環(huán)）和原始應力區(qū)。洞室開挖后增加了臨空面，洞壁由原來的三向應力狀態(tài)變?yōu)槎驊顟B(tài)。由于洞周應力集中，松動圈內的巖石松動，與原巖呈脫開之勢，形成作用在支護結構上的荷載。若支護剛度較大、支護較及時，即支護結構提供的支撐力大于支護結構上的荷載，則支護結構便會限制巖體的變形，減小塑性區(qū)的擴展半徑。隧道開挖時，擾動四周巖層，此時，地層中的應力場發(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集中。此時，毛洞或初期支護所能提供的抗力很小，固此處只存在切向應力和指向隧道的徑向應力，這就造成了洞體開挖后，洞體四周的圍巖向隧道位移，且周邊的切向應力隨位移增大而增大。當內層圍巖向隧道內位移后，由于應力的調整，相鄰的圍巖也隨之向隧道內位移，直到切向應力在圍巖中達到新的平衡時，洞體才進入初步穩(wěn)定狀態(tài)。這種應力位移的交替變化會逐漸向遠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。對于深埋隧道來說，應力位移的變化在發(fā)展到一定深度后就會恢復到原始狀態(tài)。但是，對于淺埋隧道來說，交替變化會波及到地面，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，構成沉陷槽）。盾構法施工引起的地層損失和隧道周圍受擾動或受剪切破壞的重塑土的再固結，是導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P249250地下工程新奧法施工的實質是減小對地層的擾動，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鍵是保持開挖面穩(wěn)定，及時、密貼、大剛度的支護以及初期支護后的減小沉降措施。分部開挖可以保證開挖面穩(wěn)定，又可及時、有效的支護，對地層擾動也減小了。地層預加固方法很多，常用的有：預注漿、超前管棚、插板法、超前錨桿。預注漿法包括從開挖面、地面或導洞內注漿。注漿方式有滲透注漿、劈裂注漿、射流注漿等。注漿材料有化學漿液（水玻璃類、高分子類、水泥、黏土和藥劑配合液）和非化學漿液（水泥漿、黏土漿、水泥+黏土、水泥+鵬潤土、砂漿等）。對于孔隙率較大的沙層、砂卵石層滲透注漿使用非化學漿液，對于滲透性較小的沙層滲透注漿可使用化學漿液。劈裂注漿適用于黏土層和密實粉細沙層。射流注漿適用于各種沙地層，特別是級配較好的砂卵石地層。滲透注漿通常在洞內進行，隧道開挖前在開挖輪廓以外注漿，形成一定厚度的加固帶，然后再其保護下開挖隧道。若采用分布開挖隧道，開挖面任不易穩(wěn)定，可在開挖面前方注入少量漿液，以穩(wěn)定開挖面。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粉細沙層，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，對于有些地層，通過控制注漿壓力可達到劈裂注漿和滲透注漿的目的。射流注漿在實施時，空氣、水、稀漿液被噴進地層，并在適當位置與土顆粒、水泥和化學漿液混合，通過水和空氣射流將不合要求的土粒沖走，然后固結成較高強度的固結體，然后，在其保護下進行隧道開挖。射流注漿可豎直、水平或傾斜進行。壓密注漿作為補救措施，解決沉降損失或修正沉降的一種注漿方式。它是在支護完成后通過高壓向支護體的上部注入很稠（塌落度小于5厘米）的漿液，以置換和壓實松散基土。注漿體是一種勻質體，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錨桿與砂漿之間、砂漿與巖土體之間的摩擦阻力來實現(xiàn)的。前者的主要功能是提高巖土體整體的強度和剛度，后者則是增強巖土體的摩擦阻力和抑制巖土體的沉陷滑移，進而達到減小山體壓力的效果。提高巖土體整體強度和剛度的作用機理：向錨桿孔中注砂漿時，由于壓力的作用，漿液會擴散，且順著巖土體的孔隙和裂隙滲透擴散，當錨桿孔間距布置合理，漿液擴散半徑相互搭接，形成網狀膠質結構體，從而大大提高了巖土體強度和剛度，使巖土體的抗壓強度、剛度、強度有明顯提高。為保證加固效果、錨桿間距保持在漿液擴散半徑范圍之內。錨桿錨固的有效長度為錨桿全長的3/54/5。計算式見P266抑制巖土體沉降和減少壓力的作用機理：由于砂漿對錨桿的握裹力，以及砂漿與周圍孔壁的黏結力（孔內砂漿灌注飽滿），使錨桿產生串掛固結作用，形成一個以錨桿為中心的加固區(qū)，使錨桿周圍巖土內的抗剪強度大為提高。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效應，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。超前管棚有大管棚、小管棚、長管棚、短管棚之分。管棚法與注漿法同時采用（整體剛度增加），達到保持開挖面穩(wěn)定。大管棚、長管棚控制地面沉降效果更好。超前插樁法是在開挖面前方的地層中做成一個連續(xù)鋼管加固的、微樁（150mm250mm）注漿的傘形防護棚（使管外面與地層間的環(huán)形空間填滿漿液）。超前插樁法控制地面沉降的效果與長管棚相當，但施工速度更快，更經濟。超前插板法是沿開挖面拱部輪廓將插板以傾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度，開挖在超前插板的支護下進行。超前插板法適用于沙質地層、硬黏土地層或有地下水時用于穩(wěn)定開挖面。有人認為超前錨桿用于軟土隧道沒有效果（摩擦阻力?。?，因為地層軟弱松散。但研究證明，只要錨桿沿開挖面前方地層的最小主應變方向設置（控制應力重分布路徑），就有較好控制地面沉降的效果。實驗表明，對松散沙地層，當超前錨桿傾斜約30度時有最佳的控制地面沉降的效果。保持開挖面穩(wěn)定，減少對地層的擾動，這對于控制地面沉降極其重要。新奧法施工的開挖方法：分步開挖法、壓縮空氣法、機械預切槽法。國內外城市地下工程實踐和理論表明，軟土層大斷面淺埋隧道不宜全斷面開挖，此時控制地層變形、維持開挖面穩(wěn)定、減小地面沉降的最有效方法是分步開挖。通常，增加開挖步驟可使開挖面更穩(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挖步驟，因地下水會大大減小地層的自立時間。開挖順序對總的沉降有很大影響，有目的地選擇開挖順序可使地面沉降較淺。軟土隧道分部開挖宜盡早閉合斷面，盡量縮短仰拱的閉合距離，這對控制地面沉降尤其重要。壓縮空氣法是在開挖面保持一定空氣壓力下掘進隧道，目的是為了有效地穩(wěn)定開挖面。采用壓縮空氣法可減少對地層的預加固，且可在有預加固措施配合的情況下進行全斷面或大斷面開挖，特別在有地下水和地層嚴重不穩(wěn)定的情況下，采用壓縮空氣法最為有利。工程實例說明，壓縮空氣法對于地面沉降控制效果很好。機械預切槽法的優(yōu)點是對地層擾動很小，幾乎不會改變地層的自然特征和應力分布規(guī)律。在預切槽后立即噴混凝土填充，形成一個防護預成拱，可在預成拱下安全、快速地開挖而不致產生大的地面沉陷。為了能進行下一步切槽工作，預成拱形狀稍向外傾斜，以便沿縱向相互搭接。機械預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，要求支護及時、密貼、大剛度、早封閉。新奧法初期支護通常采用鋼拱、網噴混凝土（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噴混凝土。采用新奧法施工，要求開挖后立即架鋼拱、掛網、噴混凝土（自穩(wěn)時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，要求支護剛度大，能控制地層變形，因此噴混凝土早期強度發(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，即使采用分步開挖法，也要盡量使各開挖步驟的支護是封閉的，必要時設臨時仰拱，全部開挖完成后要及時封閉仰拱。纖維噴混凝土用來代替網噴混凝土，能更好的控制地面沉降。纖維噴混凝土在第一次開裂后，具有更高的殘余承載力（。與網噴混凝土相比）含有纖維的噴混凝土襯砌，相當或優(yōu)于通常的鋼筋網噴混凝土襯砌，隨著纖維長度的增加，其強度和延展性都有明顯提高。為了保持開挖面穩(wěn)定，減小地面沉降，常用的預加固方法是傳統(tǒng)的注漿法加固地層。射流注漿是較新的注漿技術，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救措施，能很好地修正沉降。管棚（特別是長、大管棚）施作較復雜。但管棚法較單純注漿法具有更好的穩(wěn)定開挖面、控制沉降的效果，且能提高掘進速度。超前插板法是管棚法的變種，具有類似的控制沉降的效果，因其采用專門的配套設備，提高了施工速度。軟土層大斷面隧道一般采用分步開挖法施工，不同的分步開挖方法和開挖順序對地面沉降有很大影響。采用分步開挖法弧導開挖時引起的沉降占總沉降的比例很大（約50﹪），需予以特別注意。若采用機械預切槽法，則可大大減小這部分沉降。及時進行網噴混凝土，對于控制地面沉降具有很好的效果。無論采用何種措施減小地面沉降，及時封閉支護對于減小沉降都是很重要的。在隧道施工中，由于開挖破壞了地層的原始應力狀態(tài)，地層單元產生了應力增量，特別是剪應力的增量，從而引起地層的移動，而地層移動的結果又必將導致不同程度的地面沉降。當?shù)孛娼ㄖ锖驮O施的基礎底部（天然地基、樁基礎等）的地基土擴散而引起附加應力，且該附加應力的有效范圍處于隧道周圍和上方土體受擾動后的塑性區(qū)時，塑性區(qū)地層的施工沉降和后期固結沉降將引起建筑物的差異沉降。當差異沉降過大時，建筑物會遭到損壞。至于天然淺基礎建筑物，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）對于樁基礎建筑物，施工對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，特別是當樁基距隧道較近時，影響則更大。一般地，當隧道埋深較大，且洞身地質條件較好時，隧道開挖引起的變形可以分成三個區(qū)，即松動圈、塑性區(qū)、彈性區(qū)。當樁基處在松動圈時，地基變形導致樁基承載力大幅度降低；當樁基處在松動圈以外的塑性區(qū)時，地基變形也將導致樁基承載力較大降低；當樁基在彈性區(qū)時，地基變形對樁基的影響較小。對樁基礎建筑物的保護，主要是對處在松動圈和塑性區(qū)的樁基加以保護。實踐證明，在軟土地層中，隧道進行盾構法施工，盾構法施工參數(shù)的調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。盾構開挖面的土壓平衡控制是減小地層變形的關鍵，最重要的是土壓值的設定和控制土壓的理論設定值為靜止土壓+水壓，但在實際施工中應視盾構上方土體的隆陷變化情況進行調整。盾尾的同步注漿管理見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合式襯砌的強度遠高于盾構法施工的管片襯砌強度，所以很少在運營中出現(xiàn)襯砌變形、開裂等現(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，同時也伴有其他少數(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，其對隧道危害最大。從受力分析，襯砌裂縫基本上可分為壓裂、拉裂、剪裂三種類型。壓性裂縫：從洞內襯砌表面看，其裂縫邊緣呈壓碎狀，重者表層剝落掉塊，或產生酥化現(xiàn)象。掉塊呈魚鱗狀，中間厚，四邊薄。由于襯砌是一種偏心受壓的結構，內側被壓裂，這在多數(shù)情況下說明外側已被拉裂，故壓性裂縫對襯砌的破壞性較大。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。內側出現(xiàn)拉裂，外側可能沒有裂縫。嚴重拉裂時，外側可能壓碎，以致該斷面可能伴隨錯動發(fā)生。剪性裂縫：其裂縫寬度在表面與深處大致相同，襯砌在裂縫兩側沿剪切方向有錯動。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，而大多數(shù)是由于拉裂、壓裂造成的。即當截面已被拉、壓破壞而錯動掉塊后，又受到擠壓所致，所以剪裂的出現(xiàn)說明襯砌已被嚴重破壞。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，無水少。不能認為只要襯砌一出現(xiàn)裂縫，就一定會影響襯砌結構的穩(wěn)定，而要依據裂縫的性質、嚴重程度、是否發(fā)展來判斷。鋼筋修燭裂縫：失去混凝土保護膜，鋼筋生銹體積膨脹，導致混凝土沿鋼筋開裂（循環(huán)過程）。沉縮裂縫：混凝土在硬化過程中因塑性下沉所產生的裂縫稱為沉降裂縫，或稱塑性收縮裂縫。其一般在混凝土澆注后13小時發(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性過大，使混凝土泌水下沉，或水分蒸發(fā)過快，使混凝土在結硬時下沉加大，或振搗不充分，混凝土沉實且不均勻。沉縮變形比收縮變形往往大數(shù)十倍。襯砌裂縫對建筑物的危害，主要表現(xiàn)在使結構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。裂縫的存在及超標會引起鋼筋銹燭，降低結構耐久性。鋼筋銹燭和結構滲漏均隨裂縫寬度的增大而加快。當裂縫寬度大到一定程度，就必須進行修補處理。相反，當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致襯砌變形的因素有兩個，其一襯砌本身原因：設計不合理；混凝土強度和厚度不足，混凝土應力松弛變形，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，降低混凝土強度。襯砌變形與圍巖地質條件關系密切，襯砌多發(fā)生在中等強度的地層中。西南地區(qū)的隧道大多通過石灰?guī)r、砂巖、頁巖和泥巖等巖層。前兩種巖石強度