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        地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降因素及控制對(duì)策

        2019-10-21 18:45:11王縉博
        名城繪 2019年6期
        關(guān)鍵詞:進(jìn)尺臺(tái)階土體

        王縉博

        摘要:地鐵隧道的埋深一般均較淺,在采用暗挖法施工時(shí)更容易產(chǎn)生地層、地表下沉及變形,嚴(yán)重的將危及地面建筑物、城市道路、地下管線等的安全。本文分析了深圳地鐵淺埋暗挖隧道施工中影響地層沉降的關(guān)鍵要素,提出控制地層變形和地表沉降采取的對(duì)策和措施。

        關(guān)鍵詞:地鐵;淺埋暗挖;隧道地層;沉降因素;控制對(duì)策

        地層沉降控制是淺埋暗挖法施工技術(shù)水平和管理能力的綜合體現(xiàn),更是工程投資大小的體現(xiàn)。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中有時(shí)地表的沉降控制能夠滿足規(guī)范要求,然而此時(shí)埋在地下的管道卻可能面臨破壞的危險(xiǎn)。究其原因就是我國(guó)目前還沒(méi)有相對(duì)統(tǒng)一的管線控制標(biāo)準(zhǔn),這也充分印證了在某些特殊區(qū)段加強(qiáng)隧道施工地層沉降控制的必要性。

        1影響地層沉降變形的主要因素

        (l)地層土體特征。隧道開(kāi)挖后上覆土層形成自然拱的最小土層厚度與土體本身力學(xué)特性密切相關(guān)。隧道開(kāi)挖后能否形成自然拱不僅對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)影響大,對(duì)地層和地表的變形沉降影響也很大。能形成自然拱的對(duì)地表沉降量的影響就小一些,反之即大一些。同時(shí),土體特性也會(huì)隨一些條件的改變而改變,特性改變之后對(duì)地表沉降量的影響也隨之改變。(2)地下水。地鐵隧道處于地下水位線以下的居多。隧道開(kāi)挖排水后,易造成地下水因壓力差的存在不斷滲出,形成多條滲水通道,使地層持續(xù)失水,土層空隙及節(jié)理裂隙固結(jié)收縮,引起地層、地表出現(xiàn)超前、超大范圍的變形及沉降。從對(duì)深圳地鐵施工監(jiān)測(cè)情況看,地層的持續(xù)失水是造成地層變形、地表沉降的最根本、最主要原因之一。(3)地層應(yīng)力釋放。由地層的收斂約束特性可知,隨地層位移的增大,上覆地層施加到隧道結(jié)構(gòu)上的荷載將減小。最佳支護(hù)概念就是在允許地層產(chǎn)生穩(wěn)定的位移條件下,使支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的力最小。城市地鐵隧道,尤其是淺埋暗挖隧道,為保證地表的變形得到控制,原則上不允許地表出現(xiàn)超越規(guī)定值的下沉而換取最佳支護(hù),地層預(yù)加固與及時(shí)支護(hù)且封閉成環(huán)是超淺埋暗挖隧道的關(guān)鍵。(5)施工方法。城市地鐵隧道開(kāi)挖常用的工法中,臺(tái)階法是引起地表下沉最為嚴(yán)重的一種施工方法,但因其操作簡(jiǎn)單,成本低,只要措施得當(dāng),一般可滿足地表沉降要求。國(guó)內(nèi)外區(qū)間單線隧道施工多采用臺(tái)階法。但臺(tái)階法也多種多樣,需根據(jù)不同的斷面形式及地層條件謹(jǐn)慎選取。(6)開(kāi)挖進(jìn)尺的影響。開(kāi)挖進(jìn)尺的大小實(shí)質(zhì)上是工作面無(wú)支護(hù)空間的大小,其值不僅決定著地表下沉及拱頂沉降,而且也影響開(kāi)挖面的穩(wěn)定性,二者相互作用并以工作面的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)。

        2地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降控制對(duì)策

        2.1確定適合地層條件的施工方法

        為了將地表沉降控制在一定范圍,在運(yùn)用臺(tái)階法時(shí),因因地制宜。地質(zhì)越軟,則臺(tái)階長(zhǎng)度應(yīng)越長(zhǎng)。為了使開(kāi)挖各分部提早閉合,通常,上臺(tái)階應(yīng)添加臨時(shí)仰拱,在特殊地段的上臺(tái)階拱腳處應(yīng)架設(shè)鋼支撐噴混凝土作托梁。實(shí)踐出真知,事實(shí)證明,在運(yùn)用該方法后,拱頂及地表下沉確實(shí)有所改善。

        2.2領(lǐng)會(huì)并嚴(yán)格執(zhí)行“18字方針”

        淺埋暗挖法是在城市地鐵隧道施工歷經(jīng)多地區(qū)實(shí)踐基礎(chǔ)之上提出的具有我國(guó)特色的軟土隧道施工方法。它的精神實(shí)質(zhì)及要領(lǐng)都融合在“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”18字方針里。不僅是字面上的淺顯表達(dá),其領(lǐng)會(huì)程度與否決定著對(duì)工法的應(yīng)用程度以及施工效果,反映著對(duì)周邊環(huán)境的影響?!肮艹啊辈粌H僅是簡(jiǎn)單的利用小導(dǎo)管等進(jìn)行超前預(yù)加固支護(hù),其加固效果與小導(dǎo)管直徑、長(zhǎng)度、間距、安設(shè)角度、搭接長(zhǎng)度以及漿液等都具有極強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系;“短開(kāi)挖”不是指臺(tái)階長(zhǎng)度短,而是指控制循環(huán)進(jìn)尺,少擾動(dòng)地層,開(kāi)挖范圍小且留核心土;“快封閉”不僅僅是指全斷面及早封閉,其意義在于在分部開(kāi)挖中,每一分部開(kāi)挖面也能盡快封閉。

        2.3改善土體特性

        通過(guò)對(duì)隧道開(kāi)挖周邊外土體進(jìn)行局部加固處理,一方面可以促進(jìn)隧道開(kāi)挖后自然拱的形成,另一方面可以改進(jìn)土體的特性,促使其往好的方面轉(zhuǎn)化。深層注漿和超前注漿既可以加固土體,也可以改善土體的性質(zhì)。可以根據(jù)土體的性質(zhì)壓注純水泥漿或雙液漿,必要時(shí)也可以壓注化學(xué)漿液,還可以采取其它的改善特性的措施。

        2.4適度排放地下水

        毫無(wú)疑問(wèn),地下水的排放不僅會(huì)增加上覆地層的強(qiáng)度,而且也增大其剛度。然而對(duì)于一些特殊的地層如砂層礫砂,若在這種土層的表層,過(guò)度抽排地下水,會(huì)導(dǎo)致地表大范圍沉降。所以,在保障正常開(kāi)挖和工作面穩(wěn)定的情況下,應(yīng)盡量少抽排地下水,應(yīng)具體情況具體分析,一共有如下四種情況:(1)應(yīng)開(kāi)源節(jié)流,盡量縮短時(shí)間。(2)采取斷面注漿、噴混凝土等措施穩(wěn)定工作面,并按照具體條件來(lái)調(diào)整注漿參數(shù)、小導(dǎo)管、格柵支護(hù)參數(shù)以確保注漿效果(3)采取地表或洞內(nèi)注漿措施封堵部分地下水(4)采取止水帷幕或旋噴樁等阻斷地下滲水通道。

        2.5縮短開(kāi)挖進(jìn)尺

        為控制地表下沉及拱頂下沉,工作面的穩(wěn)定十分重要,對(duì)城市地鐵尤其是軟弱地層隧道,開(kāi)挖進(jìn)尺應(yīng)盡量減小。根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),建議每循環(huán)進(jìn)尺取斷面開(kāi)挖寬度的0.1倍。

        2.6增大左右線隧道開(kāi)挖面的距離

        當(dāng)兩隧道的中心線距等于或小于3D時(shí),兩隧道的開(kāi)挖會(huì)有疊加影響。在線間距一定的情況下,增大兩隧道開(kāi)挖面的相對(duì)距離可以減少其相互作用的疊加。軟弱圍巖其沉降影響范圍大,建議兩開(kāi)挖工作面的距離控制在30m以上。

        2.7合理安排二次襯砌時(shí)間

        孔隙水的調(diào)整所產(chǎn)生的附加應(yīng)力是一個(gè)漫長(zhǎng)的遞增過(guò)程。軟弱富水地層,隨著滲排水,地表大范圍沉降,初期支護(hù)的剛度與地層剛度的相互作用會(huì)愈來(lái)愈強(qiáng),因此,軟土隧道應(yīng)及時(shí)施作二次襯砌。地鐵隧道的實(shí)踐表明,二次襯砌施作后,地層變位趨于穩(wěn)定。

        3結(jié)束語(yǔ)

        總而言之,在某種程度上,一種因素的影響對(duì)于地表下沉是很微弱的,但是在多種因素的作用下,那就不一定了。因此,我們?cè)诎低谒淼罆r(shí),更需要注意一些細(xì)節(jié),未雨綢繆,防患于未然,平常做好措施,加固地表,在暗挖隧道時(shí)應(yīng)因地制宜,不應(yīng)勉強(qiáng),應(yīng)積極響應(yīng)建設(shè)環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會(huì)的號(hào)召。不亂挖,嚴(yán)格貫徹落實(shí)18字方針。

        參考文獻(xiàn):

        [1]蔣雙雙.武漢地鐵淺埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究[J].建材與裝飾.2018(04).

        [2]周沈華,宋再榮,吳海山.淺埋暗挖隧道地層沉降控制措施研究[J].土工基礎(chǔ).2015(02).

        [3]沈家煌.城市地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降分析與控制[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì).2016(05).

        (作者單位:中鐵十九局軌道交通工程有限公司)

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