作者：李明宇
近年来，在软土地区，因受扰动后土体长期固结变形导致的盾构隧道运营累计沉降无收敛增加，纵向差异沉降过大，进而引起隧道内管片开裂、渗漏水、连接螺栓错台和张开、轨道不平顺等危害频发，使得各方对地铁盾构隧道运营安全问题的关注度逐步提升。
对上海某地铁隧道全线约1700个道床监测点运营7年的高程和沉降数据进行了统计分析。
隧道纵向总体分布特征
上海某运营地铁盾构隧道管片采用通缝拼装，每环由封顶块、邻接块、标准块和落底块等6块管片拼装而成，全线隧道于1999年9月20日试通车运营，2000年6月11日正式投入运营。
图1 全线隧道运营沉降和高程曲线
图1给出了全线隧道沉降和高程曲线。随着时间的推移，全线隧道沉降逐年增大。图中隧道纵向高程曲线和累计沉降曲线分布形态差异较大。
这表明，在实测数据统计分析研究中，仅对盾构隧道运营沉降数据进行分析，不能全面反映运营隧道实际的纵向变形特征，有时会导致对隧道运营安全状态的误判。
因此，建议今后在运营隧道实测数据统计分析研究中，应综合考虑高程和沉降两种数据特征。
累计沉降曲线沿纵向无明显分布规律，但高程曲线以各车站为分界点，近似以各区间中心（旁通道）为对称中心，近似呈高斯分布。
车站内高程最大，区间隧道中心（旁通道）附近高程最小，各区间隧道高程曲线反弯点均出现在进出站附近。这表明，车站对盾构隧道的沉降变形具有一定的约束作用。
隧道长期沉降变形规律统计分析
图2给出了典型区间隧道长期沉降变化曲线。随着时间推移，隧道累计沉降量逐渐增大，但月均沉降变化量规律性减小。
图2 典型区间隧道长期沉降变化曲线
图3分别给出了长宁区政法学院和中山公园附近分层沉降和水位监测数据，并与邻近的隧道沉降数据进行了对比。
从中可以看出，隧道沉降变化规律、地层压缩变形规律和水位变化规律三者近似呈线性关系，地层水位升高，隧道月均沉降变化量减小，反之增加。
图3 隧道沉降、地层压缩变形和水位关系曲线
图4对全线1636个隧道沉降监测点运营7年间的月均沉降变化量进行了统计分析。在试运营期（2000-03~2000-07），隧道沉降速率较快，全线约75%的测点月均沉降变化量介于-4~-2mm。
此后（2000-07~2007-05），全线测点月均沉降变化量介于-2~2mm。
图4 隧道月均沉降变化量统计分析
图5对全线
隧道监测点试运营阶段沉降变化量与逐年累计沉降量进行了对比与统计分析。
全线近38%的监测点2000年7月累计沉降量与2001年7月累计沉降量之比约为0.4~0.5。
此后，试运营阶段沉降变化量与逐年累计沉降变化量的比值逐渐减小，而测点统计峰值逐渐增大。
当沉降变化量比值不变，测点统计峰值逐年增加时，表明全线隧道累计沉降变化量趋于收敛（全线隧道沉降变化规律与图2近似相同）。
相反，当沉降变化量比值逐年减小，测点统计峰值逐年增加时，表明全线隧道累计沉降变化量尚未收敛。
统计分析消除了周边环境和地质条件不同导致的隧道沉降变化规律上的差异，其结果反映了软土地区运营地铁盾构隧道沉降的普遍规律。
图5 试运营期与正式运营期隧道沉降变化量比统计分析
隧道纵向高程差统计分析
对于通缝拼装盾构隧道，往往在附加应力作用下，在环缝处会出现错台和张角。图6给出了典型区间隧道2007年5月高程和每延米高程差监测数据曲线。
每延米高程差=两相邻测点高程差/测点间距，其曲线用以估算环缝错台的分布特征。图6和图1中的高程曲线特征相同。
图6中每延米高程差曲线近似呈反对称分布，每延米高程差最大值（环缝错台最大值）出现在高程曲线直线段。随着高程曲线曲率变化，每延米高程差线性增加或减小。
图6 典型区间隧道纵向每延米高程差分布曲线
图7给出了全线1636个监测点2007年5月每延米高程差的统计结果。其中近33%的测点处每延米高程差介于2~6 mm之间。
对于此类隧道，当错台量＞14.5 mm后，防水密封垫将失效。每延米高程差＜14.5 mm的测点比例约为61%，这表明全线隧道内约39%的测点处因环缝错台过大引发了衬砌渗漏。
图7 全线隧道纵向每延米高程差统计
隧道纵向沉降差统计分析
图8给出了典型区间隧道2007年5月每延米沉降差及其年均变化量监测数据曲线。每延米沉降差=两相邻测点累计沉降差/测点间距，其曲线用以估算环缝错台的变化规律。
由2007年5月全线隧道累计沉降数据曲线可知，每延米沉降差主要介于-1~1mm之间；从2000年3月至2007年5月，每延米沉降差年均变化量主要介于-0.15~0.15 mm之间。
两者的峰值均出现在旁通道附近，其主要原因是隧道与旁通道结构的刚度差异、接缝渗漏以及旁通道二次施工扰动等。
图8 典型隧道纵向每延米沉降差分布曲线
图9给出了全线1636个监测点2000年3月至2007年5月每延米沉降差的统计结果。运营7年，隧道内近50%的测点处每延米沉降差小于0.1 mm；约96%的测点处每延米沉降差小于1 mm；年均变化量小于0.15 mm。
图7和图9分析结果上的差异进一步表明，仅凭沉降数据特征评判运营地铁通缝拼装盾构隧道纵向变形和受力状态，其结果往往与实际存在较大偏差，今后此方面的研究中应引入高程数据。
图9 全线隧道纵向每延米沉降差统计
小编总结
（1）仅凭沉降数据特征评判运营地铁通缝拼装盾构隧道纵向变形和受力状态，其结果往往与实际存在较大偏差，今后此方面的研究中应引入高程数据。
（2）隧道高程曲线分别以旁通道为对称中心，近似呈高斯函数分布，最小高程均在旁通道附近，反弯点均在进出站附近；每延米高程差曲线呈反对称分布，其最大值出现在高程曲线直线段，每延米高程差随高程曲线曲率变化，呈线性增加或减小。
（3）随着时间推移，隧道累计沉降量逐渐增大，但月均沉降变化量规律性减小。其沉降变化规律、地层压缩变形规律和水位变化规律三者近似呈线性关系，地层水位升高，隧道月均沉降变化量减小，反之增加。
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