解析地鐵隧道盾構(gòu)法施工引起的地表沉降

謝章建

摘要：隨著時代的發(fā)展和社會經(jīng)濟的進步，我國的地鐵數(shù)量越來越多。在地鐵隧道的施工中，非常重要的一種施工方法就是盾構(gòu)法，和其他施工方法一樣，這種施工方法也會影響到周圍的環(huán)境，并且還會引起地表沉降。文章以廣州地鐵六號線某區(qū)間隧道工程為例，分析了地鐵隧道盾構(gòu)法施工引起的地表沉降，希望可以提供一些有價值的參考意見。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；盾構(gòu)法施工；地表沉降

中圖分類號：U451 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0094-02

盾構(gòu)法施工因為具有一系列的優(yōu)點，因此，被廣泛地應(yīng)用于地鐵隧道施工中。但是，采用盾構(gòu)法施工，引起的地表沉降問題是不可避免的。我國在近些年內(nèi)，對此做了深入的研究，但是因為地質(zhì)條件總是特別的復(fù)雜，并且施工參數(shù)也是不斷的變化，所以在一定程度上制約了研究的成效。本文以廣州地鐵六號線某區(qū)間遂道工程為例，分析了哪些原因會導(dǎo)致地表沉降的發(fā)生，然后統(tǒng)計和分析施工過程中現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，將盾構(gòu)法施工所引起的地表沉降規(guī)律給找出來，從而指導(dǎo)后續(xù)工程的施工。

廣州地鐵六號線某區(qū)間遂道是雙線隧道，覆土厚度在10～25m之間；地面以下3.0m左右含有地下水，施工采用的盾構(gòu)機是德國生產(chǎn)的，也就是常見的土壓平衡復(fù)合式盾構(gòu)機，利用鋼筋混凝土管片襯砌隧道內(nèi)襯，保證一次成型，按照一定的原則來進行管片的拼接，將膨脹膠止水條應(yīng)用到管片接縫。

1 現(xiàn)場監(jiān)測的結(jié)果與分析

1.1 合理布設(shè)地表沉降觀測點

在施工過程中，需要將地表測點合理地布設(shè)于左右線隧道上方地表中，一般來說，地表測點之間的距離控制在5m左右，沿著隧道中線的方向進行布設(shè)，同時，可以將橫斷面布設(shè)于左右線的地面環(huán)境中，要選擇合適的位置，兩個橫斷面之間的距離一般保持在30m左右，對盾構(gòu)機掘進所導(dǎo)致的沉降坡度以及其他的影響等進行觀測和調(diào)查。還需要將水位孔合理地布設(shè)于隧道的兩側(cè)，這是為了對地下水位的變化進行了解。

1.2 地面沉降監(jiān)測結(jié)果分析

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隧道上覆地層有著很多的地質(zhì)種類，比如人工填土層、淤泥及淤泥質(zhì)土層、殘積土層以及巖石全風(fēng)化帶等等，通過一段時期的觀測我們可以得出這些內(nèi)容：

在縱向地表沉降方面：

一是地質(zhì)條件會在很大程度上影響到沉降的大小，如果地層相對比較軟弱，并且沒有較好的穩(wěn)定性，那么就會有較大的地表沉降。舉一個例子來說，本次工程中因為中風(fēng)化地層有著較好的自穩(wěn)性，在開挖的時候，采用的是敞開模式，也沒有產(chǎn)生多大的地表沉降，一般都在7mm左右，最大的時候達(dá)到過20mm；而在開挖強風(fēng)化地層以及全風(fēng)化地層時，雖然采用的開發(fā)模式是土壓平衡模式，對于沉降可以進行一定程度的控制，但是依然有著很大的沉降值，均值會達(dá)到16mm左右，最大的時候會達(dá)到50mm。

二是要想控制沉降，非常重要的一個關(guān)鍵就是即時注漿參數(shù)的調(diào)整，比如，在中風(fēng)化地層中，如果即時注漿填充率在1以內(nèi)，那么地表沉降在10mm左右，最大值在22mm左右；當(dāng)即時注漿參數(shù)達(dá)到了1.2左右，就會降低地表沉降，其數(shù)值一般在5mm以內(nèi)。在強風(fēng)化地層以及全風(fēng)化地層中，如果注漿填充率在1.2以內(nèi)，那么地表沉降值就在25mm左右；但是當(dāng)注漿填充率在1.3以上時，沉降值就會降低到5mm左右，也就是說控制了地表沉降。

三是要想控制地層損失，減小地層變位，非常有效的方法就是對盾構(gòu)掘進參數(shù)進行修正，建立有效的土壓平衡。通過觀測的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，在盾構(gòu)始發(fā)階段，土倉壓力開始增加，但是未能和盾構(gòu)前方地層的壓力構(gòu)成一種平衡，這樣就會增大地表沉降。

在橫向地表沉降方面：對觀測的結(jié)果進行分析可以得出這些方面的結(jié)論：

一是要想判斷盾構(gòu)掘進對地層影響程度，非常重要的一個關(guān)鍵就在于地層條件，如果地層有著良好的自穩(wěn)性，那么地表就不會受到盾構(gòu)掘進十分大的影響。以本試驗段為例，在中風(fēng)化地層中，地表的最大沉降為4.5mm，距離隧道中線14m左右的范圍會受到影響。在全風(fēng)化地層以及強風(fēng)化地層中，增大了地表沉降，通過觀測可以發(fā)現(xiàn)最大的地表沉降值達(dá)到了15mm，沉降范圍也得到了增大，延伸到了隧道中線30m的距離內(nèi)。

二是隧道軸線6m范圍內(nèi)是盾構(gòu)掘進的主要影響區(qū)域，沿著線路中線，不對稱的分布沉降曲線，線路中心的沉降值最大；通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沉降槽體積的70%都在距隧道軸線3m的范圍之內(nèi)。在這一范圍內(nèi)中風(fēng)化地層中，沉降平均值在2.6mm左右，而在全風(fēng)化地層中，卻達(dá)到了14mm。而在距離隧道軸線5m左右的范圍內(nèi)，中風(fēng)化地層沉降均值在2mm左右，全風(fēng)化地層中沉降均值在11mm左右。由此我們可以看出，距離隧道軸線3m范圍以內(nèi)是主要沉降區(qū)域，而5m左右的范圍內(nèi)則是次要沉降區(qū)域。

三是在軟弱地層方面，對于地表有著較大沉降的是后建隧道掘進。在右線軸線地表沉降方面，在中風(fēng)化地層方面，總沉降值的15%左右是左舷掘進時引起的沉降值，這就說明左線掘進只有很小的影響。而在全風(fēng)化地層以及強風(fēng)化地層中，總沉降的25%左右都是左線掘進沉降引起的沉降值，在某些地段，這個數(shù)字還會繼續(xù)往上升，甚至可以達(dá)到50%以上。

四是要想控制沉降，非常關(guān)鍵的階段就是盾構(gòu)通過和盾尾脫出后沉降。通過觀測的結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)通過和盾尾脫出階段，有著較大的地表沉降值和沉降速率。在中風(fēng)化地層中，盾構(gòu)通過階段地表沉降值在0.6mm左右，盾尾脫出階段的地表沉降值在1.2mm左右，前者占到地表總沉降值的15%，后者占到地表總沉降值的34%。在全風(fēng)化地層以及強風(fēng)化地層中，盾構(gòu)通過階段的地表沉降值為4.3mm，盾構(gòu)脫出階段的地表沉降值在7.0mm左右，前者占到地表沉降值的25%，后者占到地表沉降值的45%，由此可見，控制沉降的主要階段就是盾構(gòu)通過和盾尾脫出階段。

五是依據(jù)水位測量的結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)，在土壓平衡模式方面，盾構(gòu)到達(dá)以及盾構(gòu)通過時，升高了地下水位有0.2m左右，盾尾通過之后，孔隙水壓力逐漸的消散，這樣就慢慢降低了地下水位，我們將其比較于原來的水位可以發(fā)現(xiàn)，水位降低的數(shù)值為0.12m，在左線涌水的影響下，水位下降數(shù)值可以達(dá)到1.5m。如果采用的是敞開模式，那么地下水位就會一直的下降，這樣就損失了比較大的地下水，有部分地段的水位下降的數(shù)值甚至可以達(dá)到5m，雖然，最終會恢復(fù)到原來的水位，但是地表沉降一定會在很大程度上受到地下水位下降的影響。因此，在具體的施工過程中，就需要對隧道涌水進行嚴(yán)格的控制。如果地段內(nèi)有著十分富集的地下水，并且有著較大的水壓力，那么就不能采用其他的開挖模式。

2 結(jié)論分析

通過本文對于地鐵隧道盾構(gòu)法施工引起的地表沉降的分析，可以得出這些結(jié)論，一是很多因素共同作用產(chǎn)生了地表沉降，不僅關(guān)系著客觀因素，也關(guān)系著主觀因素，比如地層情況、地下水、施工方法、技術(shù)水平等等；二是通過分析我們可以發(fā)現(xiàn)造成地表沉降的主要因素是初始應(yīng)力狀態(tài)改變造成的土層變形、地層損失等等；三是還可以發(fā)現(xiàn)即使有著相同的地層情況，如果采用的是不同的施工方案，在地表沉降方面也會有所不同，也就是說地表沉降會在很大程度上受到施工因素的影響，比如土壓平衡力的大小、注漿填充率的大小等等；因此，在盾構(gòu)法施工的過程中，需要加強監(jiān)測，及時進行信息反饋，從而對施工方案進行及時的調(diào)整。

3 結(jié)語

目前，在地鐵隧道施工中，盾構(gòu)法施工技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到具體的施工之中，這是因為盾構(gòu)法施工技術(shù)具有很多的優(yōu)點；但是，我們需要注意的是：盾構(gòu)法施工會影響到環(huán)境，并且還會引起地表的沉降，那么就需要加強監(jiān)測，依據(jù)反饋的信息來對施工方案進行及時的調(diào)整。本文以廣州地鐵六號線某區(qū)間遂道工程為例，分析了地鐵隧道盾構(gòu)法施工引起的地表沉降，希望可以提供一些有價值的參考意見。

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