【摘要】地鐵建設(shè)是解決城市交通擁堵問題的有效途徑，近年來，伴隨著地下空間的空前開發(fā)和利用，盾構(gòu)工法在城市地鐵隧道修建過程中得到了廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的也出現(xiàn)了眾多的環(huán)境土工安全問題，盾構(gòu)隧道始發(fā)段掘進(jìn)作為盾構(gòu)工法的主要環(huán)節(jié)之一，是盾構(gòu)施工過程中的事故多發(fā)階段。本文探討了各種施工因素對(duì)周邊土體的影響，以確保在隧道盾構(gòu)正常施工的同時(shí)，盡量減小施工對(duì)鄰近建筑物或構(gòu)筑物的不利影響。

【關(guān)鍵詞】過江通道；地面測(cè)點(diǎn)；沉降監(jiān)測(cè)；砂土層；數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人口的聚集增長(zhǎng)，城市的交通問題面臨著空前的壓力，而城市地表可利用空間日漸減少，迫切需要開發(fā)城市地下空間資源以滿足安全、舒適、快捷的交通需求。地鐵具有對(duì)環(huán)境污染小，不影響城市景觀等優(yōu)點(diǎn)，已成為我國城市軌道交通的重要組成部分，對(duì)緩解交通擁堵、提高城市效率、提升城市現(xiàn)代化水平發(fā)揮著巨大的作用。

1.研究現(xiàn)狀

盾構(gòu)法隧道施工是在盾構(gòu)支護(hù)下進(jìn)行地下工程暗挖施工，其靠千斤頂在后部加壓頂進(jìn)，通過盾構(gòu)外殼和管片支承四周圍巖防止發(fā)生坍塌，同時(shí)在開挖面前方用切削裝置開挖土體，通過出土機(jī)械將土體運(yùn)出洞外，并拼裝預(yù)制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)，是地下空間開發(fā)的一種最佳選擇。盾構(gòu)設(shè)備和技術(shù)經(jīng)歷了不斷的完善和發(fā)展，其機(jī)械化程度和地層適應(yīng)性不斷提高，盾構(gòu)機(jī)種類也發(fā)生了巨大變化。盾構(gòu)隧道為主的地下交通網(wǎng)絡(luò)正日益成為國內(nèi)提升城市交通和進(jìn)一步拓展發(fā)展空間的新形式。盾構(gòu)法隧道施工中，隧道設(shè)計(jì)、所處地質(zhì)條件、盾構(gòu)選型、施工掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定等均會(huì)影響隧道周圍土體變形。盾構(gòu)掘進(jìn)引起的周圍土體擾動(dòng)主要是地表以下土體豎向和水平向的位移和變形，在地表變現(xiàn)為地表沉降或隆起。國內(nèi)外雖然針對(duì)始發(fā)段的研究很少，但對(duì)隧道盾構(gòu)法施工引起的周圍土體擾動(dòng)問題進(jìn)行了大量的研究，得到了許多有意義的結(jié)論。

2.盾構(gòu)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1盾構(gòu)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）開挖與襯砌在盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的保護(hù)下進(jìn)行，具有很好的安全性；

（2）掘進(jìn)速度較高，盾構(gòu)的掘進(jìn)、運(yùn)土、管片拼裝等全過程可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化作業(yè)，施工勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低；

（3）施工時(shí)不會(huì)影響地面交通及設(shè)施，穿越河流時(shí)不會(huì)影響河道正常航運(yùn)；

（4）施工不受季節(jié)、大風(fēng)、雨雪等惡劣氣候條件的影響；

（5）施工中周圍環(huán)境基本不受振動(dòng)與噪聲等的干擾和影響；

（6）在松軟含水地層中修建埋深較大的長(zhǎng)隧道時(shí)在經(jīng)濟(jì)上有著良好的優(yōu)越性。

2.2盾構(gòu)技術(shù)的缺點(diǎn)：

（1）盾構(gòu)是一種價(jià)格較昂貴、針對(duì)性強(qiáng)的專用施工機(jī)械。對(duì)每一座采用盾構(gòu)法施工的隧道，均應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、襯砌結(jié)構(gòu)面尺寸的大小進(jìn)行專門制造、運(yùn)送、拼裝與拆卸等，且設(shè)備較復(fù)雜；

（2）當(dāng)覆土較淺時(shí)，幵挖面穩(wěn)定較為困難；

（3）對(duì)于短于750m的隧道釆用盾構(gòu)被認(rèn)為是不經(jīng)濟(jì)的；

（4）對(duì)于隧道曲線半徑過小或險(xiǎn)道埋深較淺時(shí)，施工難度大；

（5）在飽和含水地層里，防水要求高；

（6）目前還不能完全防止隧道施工區(qū)的地表沉降，只能采取嚴(yán)密措施把沉降控制在最小限度。

3.盾構(gòu)擾動(dòng)機(jī)理

采用盾構(gòu)法在軟土地層中開挖隧道，不可避免的會(huì)改變地層原始地層應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致不同程度地層擾動(dòng)、地面沉降。即便采用當(dāng)前最先進(jìn)的盾構(gòu)法及其他施工技術(shù)，都難以完全避免該地層擾動(dòng)。盾構(gòu)法施工引起隧道周圍土體松動(dòng)和沉陷，即產(chǎn)生地表沉降；若引起隧道周圍土體緊縮和上拱，即產(chǎn)生地表隆起。當(dāng)盾構(gòu)施工引起地層擾動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，隧道附近的基礎(chǔ)構(gòu)筑物將會(huì)產(chǎn)生變形、沉降或隆起，將會(huì)影響周圍建筑物、地下設(shè)施等的正常使用，還可能使構(gòu)筑物機(jī)能遭受破損或破壞。

4.盾構(gòu)擾動(dòng)影響因素

引起地層擾動(dòng)的主要因素可以歸結(jié)為盾構(gòu)法施工所引起的地層損失和盾構(gòu)隧道周圍經(jīng)擾動(dòng)后重塑土的再固結(jié)。

4.1固結(jié)沉降

固結(jié)沉降分為主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。盾構(gòu)法施工過程中，由于盾構(gòu)機(jī)與周圍土體的擠壓作用及盾尾同步注漿作用，隧道附近范圍內(nèi)將形成超孔隙水壓力區(qū)，盾構(gòu)機(jī)通過后，隨著時(shí)間的推移，土體表面的應(yīng)力逐漸得到釋放，引起超孔隙水壓力下降，土體產(chǎn)生排水固結(jié)變形，為主固結(jié)沉降。次固結(jié)沉降是指土中孔隙水已經(jīng)消散，有效應(yīng)力增長(zhǎng)基本不變之后變形隨時(shí)間緩慢增長(zhǎng)所引起的沉降。這種變形既包括剪應(yīng)變，又包括體積變化，并與孔隙水排出無關(guān)，而是取決于土骨架本身的蠕變性質(zhì)，施工過程中受到擾動(dòng)的土體，將產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)壓縮變形，為次固結(jié)變形。

4.2地層損失

地層損失一般可以分為三類：第一類是不可避免的由施工地區(qū)的地質(zhì)和盾構(gòu)施工方法的選擇等客觀條件引起，采取措施能夠控制在一定的限度內(nèi)，屬于正常的地層損失，引起的施工沉降槽體積與地層損失相等，均質(zhì)地層中沉降較均勻；第二類是由施工參數(shù)設(shè)置不合理引起如開挖面超挖，注漿不及時(shí)等操作失誤造成，屬于本可以避免的不正常的地層損失，引起局部的地面沉降；第三類是由于遇到水壓大、透水性高德透鏡體或貯水洞穴等局部土體強(qiáng)度降低過多造成盾構(gòu)開挖面急劇性流動(dòng)或暴發(fā)性崩塌，屬于很少見的災(zāi)害性的地層損失。

5.盾構(gòu)擾動(dòng)的主要影響因素

5.1開挖面泥水壓力設(shè)置不合理

設(shè)定合理的泥水壓力對(duì)維持開挖面的穩(wěn)定有著重要作用。與開挖面前方原始側(cè)向土壓力相比，開挖面泥水壓力過大或過小，均會(huì)引起土體擾動(dòng)，過小引起土體沉降，過大引起土體隆起。

5.2盾構(gòu)推進(jìn)過程中的姿態(tài)糾偏

盾構(gòu)實(shí)際推進(jìn)線路與設(shè)計(jì)的線路產(chǎn)生偏差，盾構(gòu)“抬頭”和“磕頭”，均會(huì)造成實(shí)際開挖斷面面積增大，引起地層擾動(dòng)。

5.3盾構(gòu)嚴(yán)重超挖

通常，盾構(gòu)刀盤外徑需大于盾殼的外徑，以減小盾殼與周圍土體的摩擦剪切作用，使盾構(gòu)機(jī)能夠順利通行，因而，盾殼與周圍土體之間會(huì)產(chǎn)生一定厚度的間隙，在自重的作用下，盾構(gòu)機(jī)將下沉到底部，形成超挖間隙，土體處于臨空面，將產(chǎn)生向隧道內(nèi)的位移。

5.4盾構(gòu)推進(jìn)過程中的姿態(tài)糾偏

盾構(gòu)實(shí)際推進(jìn)線路與設(shè)計(jì)的線路產(chǎn)生偏差，盾構(gòu)“抬頭”和“磕頭”，均會(huì)造成實(shí)際開挖斷面面積增大，引起地層擾動(dòng)。

5.5注漿壓力不足或注漿不及時(shí)

盾尾脫離之后，注漿壓力不足或注漿不及時(shí)等，臨空面無法維持平衡，致使土體向盾尾建筑空隙中移動(dòng)，形成地層損失。注漿材料自身體積收縮，也會(huì)使周圍土體產(chǎn)生一定的位移。

5.6土壓力作用

盾構(gòu)通過后，由于土壓力的作用造成隧道襯砌變形，或自重下的隧道自身沉降，會(huì)引起少量的土體擾動(dòng)。

5.7建筑空隙

為減小盾殼與周圍土體的摩擦剪切作用，刀盤外徑通常大于盾構(gòu)外徑，使得具有一定的間隙，而盾尾離開后，盾殼外徑大于管片外徑造成盾尾建筑空隙，盡管采用了同步注漿填充，但仍不可避免會(huì)產(chǎn)生土體位移。盾構(gòu)的選擇，會(huì)直接影響該建筑空隙的大小。

6.結(jié)束語

本文對(duì)盾構(gòu)法施工引起周圍土體擾動(dòng)的機(jī)理進(jìn)行了探討，著重分析了引起土體擾動(dòng)的兩個(gè)主要因素，盾構(gòu)法施工引起的地層損失和盾構(gòu)隧道周圍經(jīng)擾動(dòng)后的重塑土的再固結(jié)，研究盾構(gòu)通過過程中各階段的地表沉降和影響因素。

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