郭龍慧

面對(duì)越來越多地下工程建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì),如何在開挖過程中有效地控制開挖引起的地表沉陷以保護(hù)工程沿線建筑物的安全,已成為城市地下工程必須解決的一項(xiàng)重要課題。因此,隧道施工過程中,了解施工可能導(dǎo)致對(duì)周圍建筑物的損害,即在地表變形預(yù)計(jì)的基礎(chǔ)上,有準(zhǔn)備的在施工過程中進(jìn)行量測(cè)監(jiān)控,根據(jù)隧道施工對(duì)于周圍環(huán)境影響程度的評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)進(jìn)行判斷,通過影響評(píng)價(jià)結(jié)果,針對(duì)性的提出減少開挖對(duì)地表建筑產(chǎn)生不良影響的技術(shù)措施。

1 隧道開挖引起的地表損害形式

隧道開挖施工引起的對(duì)建筑物的損害,常見的可以從下列形式表現(xiàn)出來:1)地表均勻沉降損害。地表的均勻沉降使建筑物產(chǎn)生整體下沉,一般來說,這種均勻沉降對(duì)于建筑物的穩(wěn)定性和使用條件不會(huì)產(chǎn)生太大的影響,但過量的地表下沉,也有可能帶來嚴(yán)重后果。2)地表傾斜損害。地層不均勻的沉降所致的地層傾斜改變了地面的原始坡度,將可能對(duì)建筑物產(chǎn)生危害。地表傾斜對(duì)于高度大而底面積小的高聳建筑物的影響較大。3)地表曲率損害。由于曲率使得地表形成曲面,地表曲率對(duì)建筑物有較大影響。在負(fù)曲率(地表相對(duì)下陷)的作用下,建筑物的中央部分懸空,使墻體產(chǎn)生正八字裂縫。如果建筑物長度過大,則在重力作用下,建筑物將會(huì)從底部斷裂,使建筑物破壞;在正曲率(地表相對(duì)上凸)的作用下,建筑物的兩端將會(huì)部分懸空,使建筑物墻體產(chǎn)生倒八字裂縫。4)地表水平變形損害。地表水平變形有拉伸和壓縮兩種,它對(duì)建筑物的破壞作用很大,尤其是拉伸變形的影響,建筑物抵抗拉伸變形的能力遠(yuǎn)小于抵抗壓縮變形的能力,壓縮變形使墻體產(chǎn)生裂縫,并使縱墻褶曲,屋頂鼓起。

2 控制措施

1)改善圍巖特性。眾所周知,目前所有的開挖方法及支護(hù)方式都是緊緊圍繞著巖性展開的。從設(shè)計(jì)的角度來說,盡量避免隧道穿越圍巖條件較差地段,但由于其他條件的限制而穿越時(shí),首先就應(yīng)該提高圍巖的屬性。在進(jìn)行以上數(shù)值模擬時(shí),我們是通過調(diào)節(jié) c,φ來完成的。注漿后,粘聚力c提高了原來的 30%;φ對(duì)地表沉降的影響不大,在計(jì)算時(shí)其值可不變,也可以提高一級(jí)圍巖的參數(shù)。現(xiàn)在Ⅳ圍巖條件下進(jìn)行分析。

表1 不同部位注漿對(duì)地表沉降的控制效果

從表 1中看出:沒有注漿時(shí),地表下沉達(dá) 13.72mm,邊墻注漿后,地表下沉減少了 2.55mm,但仍達(dá)到 11.17mm;拱部注漿效果明顯,地表下沉減少了 5.48mm,下沉量僅為 8.24mm;拱部邊墻都注漿后,地表下沉減少了 6.89mm,下沉量減少到 6.83mm。雖然增強(qiáng)了邊墻注漿,但較單純拱部注漿,減小地表沉降的效果不明顯。

2)增大隧道埋深。在條件允許的情況下,隧道設(shè)計(jì)時(shí)增加隧道埋深,是減少地面沉降的有效途徑。并且增大隧道埋深,圍巖自穩(wěn)能力較好,所需襯砌支護(hù)較少,而且隧道埋深較大可以減少洞室開挖爆破及隧道運(yùn)營時(shí)引起的地面振動(dòng)和噪聲。從這點(diǎn)意義上說,城市隧道施工,較大的埋深其優(yōu)越性較大。

從圖 1可知,隨著埋深的增加,沉降曲面變淺變寬,曲線的傾斜斜率減小。從洞室穩(wěn)定的角度來說,隧道埋深的增大,圍巖具有自承拱能力,減少了作用在隧道支護(hù)上的力;從地表建筑的角度來說,建筑的破壞主要是隧道開挖過程中的不均勻沉降,隧道埋深的增大,曲線的傾斜斜率減小,有利于上覆建筑的安全。

3)合理確定開挖進(jìn)尺。對(duì)城市地鐵尤其是軟弱地層隧道,開挖進(jìn)尺必須根據(jù)地層特性來確定。

從圖 2可知,減少每次開挖進(jìn)尺,能夠減少地表沉降量。以開挖進(jìn)尺 1m為地表沉降的基準(zhǔn),開挖進(jìn)尺為2m,3m時(shí),最大地表沉降分別增大 45%和64%。由此可見,采用較短進(jìn)尺對(duì)地表沉降的控制很有利。因此盡量采用不超過 0.25D的短進(jìn)尺。

4)加強(qiáng)初期支護(hù)。在軟弱破碎及不穩(wěn)定的地層中采用淺埋暗挖法施工時(shí),利用混凝土噴層作為隧道初期支護(hù)對(duì)保證開挖后隧道的穩(wěn)定性、減少地表沉降都具有一定作用。不同的噴層厚度對(duì)地表沉降進(jìn)行分析,結(jié)果見圖 3。

表2 不同噴層厚度的支護(hù)效果

從表 2中看出:利用混凝土噴層作為隧道初期支護(hù)對(duì)保證開挖后隧道的穩(wěn)定性、減少地層擾動(dòng)和地表沉降,都具有一定作用,厚度超過 30 cm。但僅增大噴射混凝土厚度來控制地表沉降是不夠的,也不經(jīng)濟(jì),還要考慮超前支護(hù)及鋼架。

初期支護(hù)施作后,支護(hù)本身有一個(gè)徐變過程。對(duì)超前支護(hù),一般采取增大小導(dǎo)管直徑、減小布置間距、擴(kuò)大注漿范圍和嚴(yán)格注漿等措施加強(qiáng)。對(duì)型鋼鋼架,可適當(dāng)縮小拱架間距;在間距一定時(shí),選用大截面鋼架,根據(jù)工程需要選擇拱部、拱墻、全環(huán)加強(qiáng)支護(hù),從而增大支護(hù)初期剛度。

3 結(jié)語

圍巖條件是地表沉降的根本因素,選擇適合的隧道埋深、開挖進(jìn)尺、支護(hù)措施對(duì)地表沉降的控制也起到?jīng)Q定性的作用。基于此,在隧道設(shè)計(jì)之初,就應(yīng)該盡量避免隧道穿越圍巖條件較差地段。但是由于其他條件的限制而不得不穿越時(shí),首先就是要考慮施工方法、開挖進(jìn)尺,減少施工對(duì)圍巖的擾動(dòng),通過注漿改善圍巖特性,另外就是以強(qiáng)支護(hù)來控制地表沉降。

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