張斌

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引言

近年來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，越來越多的城市開始修建地鐵，而城市地鐵隧道埋深一般較淺，隧道上方的地面建筑及周邊的地下管線設(shè)施較多。盾構(gòu)法施工時(shí)盾構(gòu)機(jī)刀盤切削土體會(huì)對周圍地層造成不同程度的擾動(dòng)，加之一些地層本身自穩(wěn)性差、地下水系密布，盾構(gòu)法施工不可避免的會(huì)對地面造成沉降。地面沉降則可能導(dǎo)致地面建筑物開裂、倒塌，地下管線錯(cuò)位乃至破裂，嚴(yán)重影響其正常使用，甚至造成地鐵隧道透水坍塌的嚴(yán)重事故。因此，在盾構(gòu)法隧道施工過程中，選擇合理的施工技術(shù)及盾構(gòu)施工參數(shù)，制定完善的應(yīng)對措施至關(guān)重要。本文對某地鐵1 號線海盤區(qū)間右線在富水砂層中盾構(gòu)施工時(shí)地面沉降控制技術(shù)進(jìn)行分析和總結(jié)，為同類地層中盾構(gòu)施工的地面沉降控制提供有效的技術(shù)依據(jù)。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

根據(jù)某地鐵1 號線海盤區(qū)間初勘及區(qū)域地質(zhì)資料，本標(biāo)段沿線的地下水類型主要為潛水及第Ⅰ承壓水。潛水主要賦存于淺部①層填土、②層砂質(zhì)粉土、③-1層粉砂夾砂質(zhì)粉土、③-2層粉砂層和③-4粉細(xì)砂層中。第Ⅰ承壓水主要賦存于④層以下的⑤-1粉砂夾砂質(zhì)粉土、⑤砂質(zhì)粉土夾粉砂和⑥粉砂層中，局部賦存于夾層④-1砂質(zhì)粉土夾粉砂層中，其主要補(bǔ)給來源為地下水側(cè)向補(bǔ)給，排泄途徑為人工開采及地下水側(cè)向徑流。

1.2 沉降概況

根據(jù)《某市軌道交通1 號線一期工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估報(bào)告》，本標(biāo)段線路沿線累計(jì)地面沉降量均小于200mm，地面沉降速率均小于5mm/A，綜合評價(jià)屬于地面沉降災(zāi)害危險(xiǎn)性較小區(qū)。但由于淺層承壓水含水層廣泛發(fā)育，水量豐富，工程建設(shè)及鄰近工地抽采地下水也會(huì)誘發(fā)地面沉降，對工程建設(shè)及周邊環(huán)境造成影響。

2 地面沉降分析

2.1 沉降數(shù)據(jù)

在海盤區(qū)間右線始發(fā)試掘進(jìn)階段，通過對地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析并通過分析得出的結(jié)論調(diào)整掘進(jìn)各項(xiàng)參數(shù)，從而對后續(xù)盾構(gòu)施工過程中的地面沉降控制起到了積極地作用。2019 年8 月27 日早上7 點(diǎn)，隧道上方發(fā)生地面沉降，此時(shí)隧道內(nèi)掘進(jìn)至85 環(huán)，切口環(huán)位置為93 環(huán)左右。

從地面監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，該段地面沉降有以下規(guī)律：盾構(gòu)掘進(jìn)在盾構(gòu)切口前方的影響距離約5m，切口前0～5m，地面沉降小于5mm；切口前大于5m 位置，地面沉降小于3mm；在盾構(gòu)機(jī)刀盤切削土體位置，由于掘進(jìn)刀盤的擾動(dòng)和盾構(gòu)機(jī)土倉建立土壓平衡的影響，在盾構(gòu)機(jī)刀盤切口的位置沉降較大，一般累計(jì)變化量在5～8mm；地面監(jiān)測點(diǎn)通過但未脫出盾構(gòu)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)在盾體前進(jìn)過程中，造成的地面沉降一般達(dá)到3～5mm；地面監(jiān)測點(diǎn)在盾尾脫出時(shí)，地面沉降速率明顯降低，一般單次測量為1～3mm；盾尾脫出后10m，沉降速率明顯降低，沉降小于1mm。

2.2 沉降原因

從盾構(gòu)施工的整個(gè)施工工序來看，盾構(gòu)掘進(jìn)造成的地面沉降過程大致可分為四個(gè)階段：

（1）第一階段為盾構(gòu)切口到達(dá)前0～5m，因受前倉壓力以及盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)刀盤在土體內(nèi)擾動(dòng)的影響，地面變化受土倉壓力值的影響一般呈隆起或下沉狀態(tài)。

（2）第二階段為盾構(gòu)盾體上方沉降，隨著切口前移，盾構(gòu)機(jī)刀盤及盾構(gòu)土倉土壓影響消失，由于刀盤切削土體外徑比盾體外徑大，且盾體上一般不能進(jìn)行同步注漿。在盾體通過時(shí)盾構(gòu)切口處地面會(huì)有較快回落，且如果繼續(xù)沉降，一般達(dá)到5～8mm。

（3）第三階段為出盾尾后的沉降，刀盤開挖面外徑比盾構(gòu)拼裝完成的管片外徑要大，導(dǎo)致開挖面的土體與管片外側(cè)之間存在一定的間隙，且富水砂層土體自穩(wěn)性差、易變性，如果出盾尾后開挖面與盾構(gòu)管片外徑之間的空隙得不到及時(shí)有效的填充，地面會(huì)出現(xiàn)明顯沉降。

（4）第四階段為滯后沉降，實(shí)測資料表明，滯后沉降是個(gè)相對較長的階段，且一般沉降量較小。

3 沉降控制措施

3.1 合理控制土倉壓力

在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，主要通過調(diào)整螺旋機(jī)出土和刀盤開挖的速度來建立一個(gè)土壓平衡，土倉內(nèi)土壓過低會(huì)造成盾構(gòu)前方沉降。在富水砂層施工中，由于砂土在水的作用下更具流動(dòng)性，在刀盤位置更易出現(xiàn)沉降。因而在富水砂層中盾構(gòu)施工為保證地層穩(wěn)定性，減少因地層損失、水土流動(dòng)、盾構(gòu)土倉內(nèi)壓力變化和外界擾動(dòng)等原因，導(dǎo)致的地層變形引發(fā)地面沉降，土倉壓力設(shè)定一般要大于理論土壓力0.2MPa 左右，具體數(shù)據(jù)要根據(jù)實(shí)際施工中的地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整。

3.2 優(yōu)化泡沫的使用

在富水砂層中注入泡沫劑使其在刀盤開挖面形成泥膜，能起到比較好的止水效果，可以在一定程度上增加刀盤開挖面的穩(wěn)定性。同時(shí)，土倉中的砂土和泡沫劑攪拌后，會(huì)增加碴土中細(xì)顆粒的比重，改變碴土的級配，使其流塑性更好，更有利于土倉中土壓平衡的建立和碴土的排出，減小螺旋輸送機(jī)的扭矩。但是，在富水砂層中，泡沫劑中的氣體會(huì)導(dǎo)致土體內(nèi)的氣壓較大，同步注漿壓力大，而且氣壓的流失更快容易造成土倉內(nèi)壓力波動(dòng)，因此，在富水砂層中在保證泡沫發(fā)泡效果的情況下要盡量減少泡沫中氣體的注入量。

3.3 停機(jī)過程及時(shí)保壓

在盾構(gòu)施工中要盡量保持施工連續(xù)。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)合理的控制土壓平衡可以有效控制地面沉降，但是在停機(jī)拼裝管片或設(shè)備檢修時(shí)，停機(jī)時(shí)間長易造成土倉內(nèi)的水土流失，因而在停機(jī)關(guān)閉前，確保土箱中充滿壓載土，土箱壓力值必須比正常開挖施工大0.2MPa 左右。停機(jī)關(guān)閉時(shí)，應(yīng)派專人隨時(shí)觀察棄土車的壓力變化。如果土壓力降低，及時(shí)用膨潤土填滿土箱，保持垃圾中土壓力平衡。

3.4 保證注漿

在盾構(gòu)試掘進(jìn)階段，綜合分析本地層同步注漿量與管片剛脫出盾尾對應(yīng)的地面監(jiān)測點(diǎn)單次沉降的定性關(guān)系，確定了合適本區(qū)間的同步注漿參數(shù)。設(shè)計(jì)適宜高富水砂層的同步漿液配合比，砂（kg）：粉煤灰（kg）：膨潤土（kg）：石灰（kg）：添加（SK-6）（kg）：水（kg）=900：300：70：100：3：380，漿液性能比重>1.8g/cm3，坍落度14±2cm，坍落度經(jīng)時(shí)變化≥5cm（20H），屈服強(qiáng)度>800Pa（20H）。

同時(shí)，在同步注漿過程中，對注漿壓力和注漿量雙控，考慮到漿液在富水砂層中會(huì)擴(kuò)散到土體中且容易被地下水稀釋，實(shí)際注漿量應(yīng)為理論注漿量的2 倍。在理論上注漿壓力只須使?jié){液在盾尾預(yù)埋鐵管出口的壓力大于該處水土壓力之和，即能使建筑空隙得以填充飽滿。但注漿壓力不能太大，否則會(huì)使周圍土層產(chǎn)生劈裂，管片外的土層將會(huì)被漿液擾動(dòng)而造成較大的后期沉降及隧道本身的沉降，因而將注漿壓力控制在6BAR 左右為宜。

3.5 合理糾偏

在盾構(gòu)施工過程中，嚴(yán)格執(zhí)行“慢改慢改”的原則，最大限度地減少因操作人員操作不當(dāng)?shù)仍蛞鸬谋Ｗo(hù)機(jī)轉(zhuǎn)向。施工中對偏差的過度修正施工中過大的糾偏量會(huì)引起盾構(gòu)機(jī)過量的超挖，從而導(dǎo)致地面沉降增加。

4 總結(jié)

由于南通地下水豐富和砂層的地質(zhì)特性地面沉降、塌陷的事故也偶有發(fā)生。加之盾構(gòu)施工刀盤的擾動(dòng)，富水砂層在水動(dòng)力和盾構(gòu)掘進(jìn)作用下，土體自穩(wěn)能力極差，因而隧道掘進(jìn)施工引起的土體變形反應(yīng)迅速，易造成安全質(zhì)量事故。

但是在通過對富水砂層地面沉降科學(xué)的分析和制定合理的技術(shù)措施實(shí)施后，該盾構(gòu)施工區(qū)間地面監(jiān)測單次沉降不超過3mm，累計(jì)不大于10mm，沉降控制效果良好。