摘 要：城市基坑開(kāi)挖引起的地面沉降是城市管理、建設(shè)需要注意的關(guān)鍵性問(wèn)題，具有出現(xiàn)的范圍廣泛、發(fā)生災(zāi)害后果惡劣等基本特點(diǎn)。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的檢索與參考發(fā)現(xiàn)，地面沉降的方式分為土體固結(jié)引起的沉降、孔隙水體滲流引起的地面沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形引起的沉降、坑底回彈引起的沉降、支撐拆除引起的土體向內(nèi)變形沉降。

關(guān)鍵詞：分析方法；機(jī)理研究；沉降監(jiān)測(cè)

近年來(lái)由于輕軌交通的運(yùn)量大，速度快，耗時(shí)短的特點(diǎn)，到2016年年底，全國(guó)已經(jīng)建成大約2500公里的軌道里程。由于國(guó)務(wù)院放開(kāi)了軌道交通建設(shè)的審批門檻，所以各大城市也在緊鑼密鼓的加緊各自城市的城市軌道交通的建設(shè)步伐。但是由于南北方的天然地質(zhì)條件有相當(dāng)大的差別，在這種無(wú)差別式的發(fā)展模式下，必定會(huì)引起較為嚴(yán)重的巖土工程問(wèn)題。

1 計(jì)算分析方法

1.1 有限元法

有限元法的關(guān)鍵思維是把一個(gè)連續(xù)的整體劃分為若干個(gè)子單元，并通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的相互連接作用，組成一個(gè)組合整體，對(duì)于其內(nèi)部的每個(gè)單元都采用一個(gè)近似的函數(shù)來(lái)表示，并且最后表示出整個(gè)求解區(qū)域的未知變量，再通過(guò)原始數(shù)學(xué)模型的分析，建立要求解未知量的微分方程，再表示為矩陣方程，最后得到原始問(wèn)題的解答。有限元法有其自身不可替代的優(yōu)越性：（1）幾何模型適用性：其內(nèi)部單元可以是不同的幾何形狀。（2）物理問(wèn)題適用性。（3）嚴(yán)格理論之上的可靠性。（4）計(jì)算機(jī)計(jì)算的高效性。

1.2 地層損失法

地層損失法采用的是彈性地基粱法，地層損失法最先用于隧道地面沉降的計(jì)算，其損失量為開(kāi)挖土體的體積與隧道體積的差值，并通過(guò)這個(gè)差值大小來(lái)確定地層損失率，進(jìn)而估計(jì)地面沉降的大小。而現(xiàn)今的基坑開(kāi)挖中，也極為廣泛的得到運(yùn)用，把圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向的位移圍城面積與地面沉降的面積之比值關(guān)系，求得地面的沉降。

1.3 估算法

（1）時(shí)空效應(yīng)法：通過(guò)工程實(shí)踐的證明在基坑開(kāi)挖支撐中，由于基坑開(kāi)挖會(huì)使得土體被暴露于空氣中，進(jìn)而使得時(shí)間會(huì)影響坑體的穩(wěn)定性和變形變位，甚至當(dāng)開(kāi)挖基坑的尺寸大小較大時(shí)，這種時(shí)空效應(yīng)會(huì)更加的明顯。（2）穩(wěn)定安全系數(shù)法：在此法的最關(guān)鍵性結(jié)果是認(rèn)為，基坑底部抗隆起安全系數(shù)、支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移、地面最大沉降，這三者存在一定的關(guān)系，從而通過(guò)彼此的關(guān)系進(jìn)行實(shí)踐性運(yùn)用，解答實(shí)際問(wèn)題。

2 沉降機(jī)理及影響因素

地面沉降是一個(gè)由多方面因素耦合的結(jié)果，既有人為的因素也有自然的災(zāi)害因素，地下結(jié)構(gòu)的開(kāi)挖、土體自然固結(jié)、荷載變化再壓縮、地下水位開(kāi)采變動(dòng)、降雨引起的滲流力作用、海平面的上升等都是沉降不可忽視的重要因素。

2.1 軟土自重壓密固結(jié)

地面沉降量隨著時(shí)間增長(zhǎng)而增大，在軟土和人工填土等空隙較大、壓縮性較強(qiáng)、承載能力較低的地區(qū)，會(huì)發(fā)生土體在自身重力的作用下，土體排除自身水分、顆粒重新排列的作用，使得土越趨密實(shí)，使得地面不可避免的發(fā)生沉降。

2.2 地下開(kāi)采過(guò)量沉降

地下水位開(kāi)采會(huì)引起土體的原始應(yīng)力的有效應(yīng)力發(fā)生變化，進(jìn)而推進(jìn)土體的再次固結(jié)變形，而松散土體顆粒的變形是由于土體內(nèi)部本來(lái)就存在大大小小的空隙沒(méi)有完全的壓縮密實(shí)，開(kāi)采會(huì)引起原始應(yīng)力的平衡被打破，從而土體會(huì)尋求新的平衡點(diǎn)，使得土體內(nèi)部顆粒發(fā)生重新排列，引起地面的塌陷甚至崩塌事故的發(fā)生。

2.3 地下滲流力的作用

在開(kāi)挖區(qū)，一般會(huì)形成開(kāi)挖臨空面，而當(dāng)?shù)叵滤惠^開(kāi)挖區(qū)而言較高時(shí)，會(huì)使得坑體外部的水分會(huì)沿著地表向坑內(nèi)發(fā)生流動(dòng)，在流動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定的滲流力，滲流力對(duì)于土體的固結(jié)和沉降有著加劇的作用。并且水分的潤(rùn)滑，更加有利于顆粒間的移動(dòng)，對(duì)沉降位移也是一大因素。

2.4 城市高程建筑物之間的相互作用

由于現(xiàn)代化建設(shè)的持續(xù)化進(jìn)行，城市化也在加緊步伐，城市高程建筑物如同雨后春筍般的聳立，勢(shì)必會(huì)對(duì)原始的地層造成附加的荷載作用，使得地面發(fā)生再次壓縮變形，更有甚者，彼此之間應(yīng)力影響區(qū)的重疊，造成更加劇烈的地面變形破壞。

3 地面沉降監(jiān)測(cè)

地面沉降的監(jiān)測(cè)作為評(píng)價(jià)和驗(yàn)證地面危害性研究具有極其重要的作用，能夠及早的提醒人們對(duì)于沉降危害的預(yù)防和治理，監(jiān)測(cè)的技術(shù)大致可以分為以下幾個(gè)方面：水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)、三角高程測(cè)量技術(shù)、GPS測(cè)量技術(shù)、INSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)、分層沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)。

3.1 水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)

在有地面沉降的地區(qū)，布設(shè)地面沉降水準(zhǔn)網(wǎng)，對(duì)地面沉降進(jìn)行反復(fù)的監(jiān)測(cè)研究，并為控制地方沉降提供準(zhǔn)確、可靠地資料。

3.2 三角高程測(cè)量技術(shù)

通過(guò)對(duì)自身位置和需要觀測(cè)位置的角度測(cè)量和水平距離的測(cè)量工作，從而利用三角函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出地面沉降的大小的方法，對(duì)于不同的地勢(shì)條件都有很好的適用性。

3.3 GPS測(cè)量技術(shù)

主要是通過(guò)相對(duì)定位方式，對(duì)于不同的點(diǎn)可以得出該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)沉降的目的，但是此方法對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的選擇有很大的要求。

3.4 INSAR監(jiān)測(cè)技術(shù)

合成孔徑雷達(dá)干涉技術(shù)，是通過(guò)雷達(dá)技術(shù)獲取SAR圖像，并利用不同角度時(shí)SAR圖像具有不同相位差或干涉條紋的原理，從而可以通過(guò)調(diào)整視角，從而得到分辨率較高的數(shù)學(xué)高程模型。

3.5 分層沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)

針對(duì)土體，在不同的高程和位置，設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，來(lái)測(cè)量土體的分層沉降值，繼而得到總體的沉降值。分層沉降系統(tǒng)可以分為：鋼尺沉降儀、沉降管、沉降環(huán)等。

4 結(jié)語(yǔ)

地面沉降是城市公路、地鐵隧道、基坑開(kāi)挖、地下開(kāi)采工程中常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，文章分析了基坑開(kāi)挖的地面沉降影響因素、沉降觀測(cè)手段、和沉降的機(jī)理性研究，為我們更好地認(rèn)識(shí)和預(yù)防地面沉降危害的發(fā)生，有效保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)社會(huì)的發(fā)展有著積極地作用。

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作者簡(jiǎn)介：李果（1994.12- ），男，重慶人，碩士，重慶交通大學(xué)，研究方向：巖土工程。