地铁盾构隧道结构变形特性研究

摘要：鉴于城市化进程的提速地铁盾构隧道作为一类高效且环保的交通设施，逐步变成城市轨道交通的关键构成要素。不过于施工以及运营期间，盾构隧道极易遭受周边环境的作用进而造成结构变形。此文针对盾构隧道的变形特性展开了深度探究，剖析了变形的界定与分类、影响要素、监测方式以及控制技术。凭借理论剖析和实际事例研讨了怎样运用现代监测技术以及合理的变形控制策略，来确保盾构隧道的安全和稳定。研究所得成果为盾构隧道的设计、施工以及运营给予了理论支撑和实践引导，推动了城市轨道交通的可持续发展。

关键字：盾构隧道；变形特性；监测方法；控制技术；城市轨道交通

引言

在盾构隧道的施工及运营期间其极易被周边土体、地下水以及建筑物所作用，进而致使结构出现变形状况。对盾构隧道变形特性展开研究，能够增进其设计和施工的安全性完善运营维护策略，给城市轨道交通的可持续发展给予理论支撑和实践引导。

一、盾构隧道结构变形特性理论分析

1.1 变形特性的定义与分类

盾构隧道的变形特性重点在于其施工和运营进程中，因外在环境、地质状况以及荷载等要素所产生的几何形态变动。变形一般能够划分成纵向变形与横向变形这两个类别，纵向变形指的是隧道中心线的幅度改变，常常通过隧道轴线上下挠度或者盾构机推力跟轮廓线相对的偏差加以体现，主要呈现为顶拱下沉、地基沉陷、管片压裂以及隧道轴线的弯曲等等。在施工阶段此类变形主要由盾构施工进程中的扰动所致，而在运营时期则受到多种因素的共同作用，像是地质条件改变、地面超载以及邻近工程施工等等。横向变形乃是盾构隧道在水平方向上的尺寸变动，体现为管片的水平直径变化和接头的张开量增大等。

1.2 变形的影响因素分析

在软土区域土体的强度相对较弱、压缩性颇高，极易致使隧道出现下沉与变形的情况。另外地下水的变动同样是作用于变形的关键要素，地下水位的起伏或许会引发土体的沉降以及位移，进而径直给隧道的稳定性带来影响。与此同时周遭环境对于隧道的变形也具有一定程度的作用，像周边建筑物的施工作业、加载行为以及市政道路的挖断操作等，均会造成土体沉降和位移进而对隧道的整体架构产生影响。而且盾构机的性能表现、施工工艺水平以及推力的稳定性等也属于决定隧道变形的重要方面。

二、盾构隧道变形监测方法

2.1 监测方法的分类

传统方式涵盖了水准测量与全站仪测量，这类方法凭借在隧道内部设定水准点或者运用全站仪获取隧道的三维坐标变动情况。不过传统的监测方式存有若干局限性，像水准测量会受到隧道内部操作状况的制约照明欠缺致使读数不易；全站仪测量尽管精度颇高，然而需要多次设站，造成人工劳动量庞大、耗费时间长并且效率低下。现代的自动化监测技术借由引入传感器、数据采集以及传输系统，化解了传统方法的缺陷能够达成实时监测和预警的效果。

2.2 常用监测技术及其应用

现代盾构隧道的监测技术重点涵盖了超前监测、自动化监测以及地面沉降监测等方面。超前监测采取在隧道前端实施超前钻孔操作，并安置监测主体像传感器与应变计等，以此获取围岩的变形数据。这种方式能够预先知晓隧道前方围岩的变形状况，给施工给予参照防止由于围岩变形过度从而引发的坍塌之类的安全问题。自动化监测技术属于现代监测的关键手段，其借助各类传感器实时测定隧道的变形参数，例如位移、沉降、倾斜等等，依靠数据采集装置和数据分析软件展开实时监测。自动化监测极大地提升了监测的效率，降低了人力方面的成本，并且能够迅速察觉异常的变形情形为施工决策给予根据。地面沉降监测是运用水准测量法和 InSAR 技术等方式，对施工给地面造成的影响加以监测。水准测量法的精度较高，然而监测的范围存在限制，InSAR 技术则拥有更广阔的监测范围以及可重复观测的优势，适用于大规模的地面沉降监测。

2.3 监测数据处理与分析

数据预处理属于提升数据质量的不可或缺步骤，常见的手段涵盖了数据清洗、平滑以及归一化。举例来说在水准测量里，如果某个测点的高程值跟周边点的差距过大，那就需要剔除这个值从而消除测量误差。其次运用恰当的数据分析模型是展开精确评估的重点，回归分析模型能够构建监测数据跟时间、施工参数之间的关联，预估变形趋向；时间序列分析模型则能够提取数据里的趋势、周期以及随机成分，提供更为详尽的变形预测；灰色系统理论适用于信息不完整的情形，通过针对监测数据展开灰色建模同样能够预测变形趋势。另外融合专家的经验和判断，凭借历史数据进行趋势外推，也能够有力地协助变相的预测保障工程安全。

三、盾构隧道变形控制技术

3.1 变形控制技术的研究现状

伴随城市化进程的提速盾构隧道作为关键的地下交通设施，有关其变形控制技术备受瞩目。当下变形控制技术重点涵盖实时监测、预测预警以及变形调整等范畴。研究人员借助构建数值模型，探究施工进程中的土体变形特质，给出了行之有效的变形控制手段。诸如运用有限元分析手段针对不同施工参数以及周边环境要素开展敏感性剖析，能够有力地预判隧道的变形表现。另外近些年来智能化监测技术的运用日益频繁，借由布设各类传感器实时监测隧道的变形状况给后续的变形控制给予数据支撑。

3.2 盾构施工过程中的变形控制

研究显示恰当的推进速度、刀盘压力与注浆量能够切实降低周围土体的变形。比方说某城市的轨道交通项目于盾构施工时，针对刀盘压力展开实时调控结合土体的实际状况，顺利把隧道周边的沉降把控在 5 毫米以内，保障了地面建筑物的安全。另外盾构机的掘进速度也应当依照地层条件予以调整，防止由于快速推进引发的强烈变形。在施工的重要阶段运用分段推进和控制注浆量的方式，能够有效降低施工给周围环境带来的影响。

3.3 结构加固与改造措施

增强隧道的支护结构能够切实提升其承载能力与稳定性，比方说某地铁盾构隧道在察觉局部出现变形之后，运用了钢筋混凝土加固与喷射混凝土加固相互结合的手段，增强了结构的整体强度。另外鉴于土体承载能力欠佳的状况，施工方还实施了地基处置，诸如采用深层搅拌法以及注浆加固，极大地提升了土体的稳定性与承载能力。借由这些具体的加固举措，隧道的变形获得了有效把控保障了后续运营的安全和稳固。

结语

此文针对盾构隧道的变形特性，以及其监测和控制技术展开了全面的探究。伴随城市化进程的不断推进，盾构隧道于地铁建设里发挥着愈发关键的作用。故而领会并掌控其变形特性，有益于增进设计与施工的安全性完善运营维护策略。当代监测技术和科学的变形控制手段，为确保盾构隧道的稳定性给予了强有力的支撑。

参考文献

[1]李明宇，王秀志，刘国彬，等.地铁盾构隧道结构变形特性研究[C]//2010城市轨道交通关键技术论坛论文集.2010.

[21]刘波，陶龙光，李希平，等.地铁盾构隧道下穿建筑基础诱发地层变形研究[J].地下空间与工程学报， 2006， 2（4）：6.