胡紫陽

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷進(jìn)步，地鐵己經(jīng)逐漸成為發(fā)達(dá)城市的重要交通要到，在一定程度上緩解了交通壓力。在地鐵建設(shè)中必須要加強(qiáng)對沉降的觀測，并加以控制、在為城市地鐵隧道進(jìn)行盾構(gòu)施工時，由于施工環(huán)境能很大程度上避免施工影響，因此要嚴(yán)格控制地表沉降，保證施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu);隧道施工;地表沉降

1地鐵隧道盾構(gòu)法施工原理

盾構(gòu)法自法國工程師布魯諾爾Isis年發(fā)明以來，至今已有一百多年的歷史，其發(fā)展迅速，已廣泛應(yīng)用于德國、美國、日本、法國和中國等。

地鐵隧道盾構(gòu)法施工就是在盾構(gòu)的掩護(hù)下連續(xù)安全地進(jìn)行地層開挖與管片襯砌支護(hù)工作，其基本構(gòu)造包括盾構(gòu)殼體、刀盤、人閘系統(tǒng)、螺旋輸送機(jī)與保壓泵喳裝置、鉸接裝置、盾尾密封裝置、管片拼裝機(jī)和管片整圓器、刀盤驅(qū)動系統(tǒng)、盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、泡沫發(fā)生系統(tǒng)、膨潤土設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、sLS-T隧道導(dǎo)向系統(tǒng)、后配套設(shè)備等部分，其主要施工工序包括盾構(gòu)的安設(shè)與拆卸、土體開挖與推進(jìn)、襯砌拼裝與防水等部分。

盾構(gòu)法施工時，首先根據(jù)地鐵規(guī)劃設(shè)計，在隧道某段的一端用明挖法建造基坑，然后再其內(nèi)安裝盾構(gòu)機(jī)，當(dāng)盾構(gòu)就位后，先向開挖面掘進(jìn)相當(dāng)于裝配式襯砌寬度的土體（一般為1.5m），安裝盾構(gòu)反力架等設(shè)備，形成外部支撐，然后在盾殼的掩護(hù)下利用千斤頂將切口環(huán)向前項(xiàng)入土層進(jìn)行地層開挖、裝配襯砌，隨后盾構(gòu)靠頂在已拼裝好的襯砌環(huán)上的千斤頂向前的推力來克服盾構(gòu)掘進(jìn)中所遇到的地層阻力，保持盾構(gòu)能均勻連續(xù)前進(jìn)。

2地表沉降的產(chǎn)生原因

2.1地層損失引發(fā)地面沉降

地鐵隧道的施工中，盾構(gòu)施工將對相應(yīng)的土體產(chǎn)生擾動，從而引發(fā)一定范圍內(nèi)土體成為松土而造成地層的損失，根據(jù)相應(yīng)的理論分析和實(shí)際工程項(xiàng)目實(shí)例的總結(jié)，引起地層損失的因素包括開挖面的土體移動;盾構(gòu)的后退;土體擠入了盾尾空隙;推移方向的改變;盾構(gòu)正面障礙物，從而使地層在盾構(gòu)通過后產(chǎn)生的空隙難以壓漿填充引發(fā)地層損失;盾殼在移動后對地層產(chǎn)生了摩擦和剪切;在土體壓力的作用下，地鐵隧道的襯砌產(chǎn)生了形變引發(fā)的地層損失;當(dāng)隧道襯砌具有較大的沉降時也將引發(fā)地層損失。

2.2覆土厚度H和盾構(gòu)外徑D的影響

盾構(gòu)外徑越大，由盾構(gòu)施工引起的單位長度的地層損失就越大，在相同地面沉降槽寬度下，最大地面沉降也隨著增大;而隧道覆土厚度越大，則最大地面沉降值就會越小，但地面沉降槽寬度會越大。最大地面沉降隨覆土厚度H與盾構(gòu)外徑D的比值即H/D的增大而減小。

2.3地下水流失造成地面沉降

深埋隧道的施工中，地層損失所造成的地面沉降主要對建筑物的端承樁造成影響。而地下 水流失所造成的地下水位下 降則主要對建筑物的淺基礎(chǔ)以及長度較短的摩擦樁造成影響。尤其是樁基基礎(chǔ)以下間隙率較大的地層，例如中粗砂層，其所造成的沉降較大。在土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)器掘進(jìn)過程中，普遍存在拱頂同步注漿不密實(shí)的狀況，從而導(dǎo)致了拱頂處沿著地鐵隧道方向水力連通。而當(dāng)盾構(gòu)機(jī)器長時間停比掘進(jìn)作業(yè)時，地下水容易從盾構(gòu)機(jī)的后方流向開挖面，從而引發(fā)了地下水流失。而當(dāng)?shù)貙悠鸱^大，或是地層存在地質(zhì)鉆孔、封孔的質(zhì)量不良時容易與上部地層造成水力通道，貫通隔水層引發(fā)地下水水位下降，此外含水量較大的地層中，盾構(gòu)機(jī)的停止掘進(jìn)也將導(dǎo)致開挖面較大的水量流失。

3盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測內(nèi)容

1）沉降監(jiān)測觀測點(diǎn)布設(shè)：對建（構(gòu)）筑物進(jìn)行沉降監(jiān)測，首先在施工場地影響范圍外，選取穩(wěn)定的沉降基準(zhǔn)點(diǎn)，建立水準(zhǔn)控制網(wǎng)及固定觀測路線，獲得準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測起算數(shù)據(jù)。①地表沉降監(jiān)測點(diǎn)：利用鉆孔機(jī)械在地面鉆孔至規(guī)定深度，并在孔中埋設(shè)預(yù)制鋼筋，通過填充細(xì)沙等材料進(jìn)行夯實(shí)，設(shè)置好的監(jiān)測點(diǎn)位移動變形。②建筑物沉降監(jiān)測的標(biāo)志應(yīng)選用專業(yè)機(jī)械進(jìn)行加工，立尺部位需有較明顯的突出點(diǎn)，也可加工成半球形以便立尺，最后涂刷防腐材料進(jìn)行防腐處理。③地下管線監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)：地下管線如設(shè)置有檢查井，則可直接把監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在井下管線上或管線承載體上;由于地質(zhì)等其他外界條件的影響，沒有設(shè)置檢查井且無法開挖的管線，應(yīng)在地表埋設(shè)問接的沉降觀測點(diǎn)。

2）隧道管片隆沉監(jiān)測：采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工時，盾構(gòu)機(jī)影響范圍為始發(fā)端前及到達(dá)端后的30-40m內(nèi)，按照每隔20m布設(shè)變形監(jiān)測的斷面;其他影響區(qū)域則是每隔50m設(shè)置。通過在每個監(jiān)測斷面布設(shè)管片隆起沉降監(jiān)測點(diǎn)，可獲得管片隆沉的數(shù)據(jù)。

3）裂縫監(jiān)測：建（構(gòu)）筑物上出現(xiàn)裂縫是一種較常見的安全隱患，各種裂縫由于形成的原因不同，產(chǎn)生的危害也不一致。因此，為保證建（構(gòu)）筑物施工期問及投入運(yùn)營后的安全，應(yīng)對裂縫的現(xiàn)狀及發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

4）隧道管片水平收斂監(jiān)測：在盾構(gòu)隧道施工監(jiān)測時，應(yīng)每隔10m設(shè)置一個監(jiān)測斷面，對隧道管片的水平收斂情況進(jìn)行監(jiān)測。一般情況下，每個斷面布置3個收斂觀測點(diǎn)，且在監(jiān)測主斷面處需增設(shè)2個。

4控制地表沉降的有效對策

（1）在地鐵隧道施工過程中，選取線路必須要考慮如果隧道發(fā)生了沉降，對隧道頂以及周圍的建筑會造成那種影響。運(yùn)用盾構(gòu)法施工，要充分考慮地面的建筑和軟弱的底層，能夠避開建筑群就避開，無法避開時要使建筑處于均勻的沉陷區(qū)內(nèi)。如果隧道施工是雙線進(jìn)行，在不同時段施工，此種情況要考慮到會發(fā)生二次沉降，設(shè)計時應(yīng)當(dāng)充分考慮到這一因素并且經(jīng)過相關(guān)的測算，對地表變形的程度和危害性作出正確的預(yù)測，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和記錄。

（2）在施工過程中減少對地層的影響

①在施工前要進(jìn)行前期考察，重點(diǎn)是待施工區(qū)域的地質(zhì)條件、地下 水的基本情況等，對可能出現(xiàn)的地表變形提前做出應(yīng)對措施，制定詳盡的防水、防塌處理的方案。

②要保證施工的連續(xù)性和穩(wěn)定的施工速度。盾構(gòu)在停比推進(jìn)時，會受到土的壓力，自然地后退。這種后退要通過一些相應(yīng)的措施來盡量減小，在施工時候要保證勻速，并且盡量不讓盾構(gòu)停比推進(jìn)，如果確實(shí)因?yàn)槎軜?gòu)的原因需要檢修，要做好防止后退的應(yīng)對，正面和盾尾需要封閉嚴(yán)密，確保地表的沉降控制在最小范圍內(nèi)。

③在盾構(gòu)向前推進(jìn)時候，要嚴(yán)格控制開挖面的出土量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般采用擠壓式盾構(gòu)，如果能夠?qū)⒎磐亮靠刂圃诶碚撏练搅康陌顺傻骄懦芍g，此時地表一般不會出現(xiàn)隆起。

④要控制盾構(gòu)向前推進(jìn)時的糾偏。需提前對施工作業(yè)面進(jìn)行詳盡的測量，讓盾構(gòu)保持在設(shè)計斷面上，盡可能地不會出現(xiàn)偏斜，這樣就避免了糾偏過程中產(chǎn)生的土層擾動。

⑤在施工中要根據(jù)實(shí)際情況來選擇選用何種正面支撐來或保證土體穩(wěn)定。如果用土壓平衡式盾構(gòu)，不會改變地下水位，能夠盡可能地減少由地下水位變化引起的沉降。

（3）做好盾尾的建筑空隙的充填壓漿

①保證管片的施工質(zhì)量，控制管片的強(qiáng)度、尺寸等，做好防水層，并且管片的拼裝必須嚴(yán)密，保證其防水性能。要及時注壓，縮短暴露時間，防止坍塌。

②需要從材料的性能上入手進(jìn)行必要的改良，伴漿必須按照一定的比例配比，提高注漿材料的抗水性能。

③要保證壓注數(shù)量，控制注漿壓力。注漿材料要產(chǎn)生收縮，因此壓注量必須超過理論建筑空隙的體積，應(yīng)超過100Ic左右，或在注漿材料中摻加膨脹劑。但是，過量的壓注會引起地表隆起及局部沿著地下水跑漿等現(xiàn)象，對管片受力狀態(tài)也有影響。由于盾構(gòu)糾偏、局部超挖、地層存在孔隙等原因，往往使實(shí)際的建筑空隙很難正確估計。因此，還應(yīng)以控制注漿壓力作為充填程度的標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié)語

綜上所述，隧道盾構(gòu)法施工所引起的地表沉降的因素有很多。為了保證施工質(zhì)量，施工單位應(yīng)該多方面的了解施工情況，確定最佳的施工方案，加強(qiáng)對沉降因素的檢測，有效控制沉降現(xiàn)象，努力使施工的質(zhì)量達(dá)到要求。

（作者單位：宏潤建設(shè)集團(tuán)股份有限公司）