4.3.2 地表沉降机理分析
隧道施工所引发的地表沉降从隧道施工的阶段来分，主要由在开挖施工过程中带来的地层沉降和隧道修建好后地层的缓慢沉降两部分组成。在隧道施工过程中，根据地层含水的不同，地层沉降的机理不一样。
1. 不含水地层
隧道开挖引起的地表沉降主要包括开挖面土体向隧道内移动所引起的沉降、支护结构由于喷射混凝土的不密实所引起的地表沉降、衬砌结构受到围岩挤压所产生的沉降以及整个隧道的整体沉降导致的地表沉降。
2. 含水地层
含水地层进行隧道施工，引发地表沉降包括不含水地层所包含的那些沉降外，还存在排水固结沉降。含水地层进行隧道施工时，主颗粒之间的水分排出，进而引起土体内部孔隙水压力变化，地层发生排水固结沉降。当隧道开挖地段水位较高时，通常会采取降水措施。水位下降后，孔隙水压力也下降，在土层总应力基本不变的条件下，有效应力增加。此时水位变化使得土粒之间浮托力和渗透压力变化，导致土层压密。不同的土层压密的过程所需时间不同，一般砂层的压密是瞬时发生的，而黏性土压密时间较长。此外，土体颗粒也会随着地下水的流失而流失，对地表带来沉降影响。
3. 次固结沉降(https://www.daowen.com)
隧道土体受到开挖扰动后，土体还会发生持续很长时间的缓慢变形，在土体蠕变过程中产生，这种沉降被称为次固结沉降。在隧道施工不同阶段，对地层沉降起主要作用的变形因素不一样。以下根据施工的不同阶段来阐述这些变形是如何形成的。
第1阶段，隧道开挖先进行土体开挖，然后施作柔性支护。土体开挖后，土体产生应力释放，此时支护的强度还未达到要求，在隧道支撑力较小的情况下，隧道周围的土体会向隧道内部移动，从而带来地层沉降：在支护时，如果喷射的混凝土不密实，土体向隧道内移动时会将这些空隙充满，形成地表沉降。
第2阶段，在初支强度达到要求后到二次衬砌达到要求前，此时初支强度不高，在周围土压力及水压力的作用下，初期支护会发生竖向和水平方向变形。竖向引发沉降，在水平方向由于支护向外挤推，会产生部分土体向上隆起。此阶段主要是衬砌变形和隧道整体变形引发的地表沉降。
第3阶段，初期支护稳定后到二次衬砌达到强度后的漫长时间内，此时土体基本稳定，此阶段主要发生次固结沉降引发的地表沉降。
在本工程案例中，因为隧道开挖土体范围不含水，且不考虑二次衬砌结束后的缓慢次固结沉降，所以研究的沉降主要针对不含水地层的沉降。