探究城市地鐵隧道施工引起的地面沉降及應對舉措

■李 鵬 ■江西省撫州市宜黃縣公路分局，江西 撫州 344400

城市地鐵隧道施工技術(shù)中，全斷面明挖的成本高、對交通影響大，因此基本上不被采用，暗挖成為廣泛選用的方式。但不論采用人工開挖、盾構(gòu)、TBM等哪種方式，都會對地面產(chǎn)生影響，最直觀的就是地表沉降。地表沉降的出現(xiàn)會加劇施工的危險性，因此必須采取措施進行及時的控制。以下從施工實踐出發(fā)，介紹了不同的防治措施。

1 城市地鐵隧道施工對環(huán)境的影響

1．1 施工附近應力對環(huán)境的影響

以施工推進的前進方向作為X軸，垂直方向作為Y軸，鉛垂方向作為Z軸，就能夠直觀表現(xiàn)出施工推進對于土體的影響。具體來說，在X軸方向上，施工位于管線上下或者周圍有構(gòu)筑物時，會產(chǎn)生撓曲變形;在Y軸方向上，會因為前進方向和側(cè)向產(chǎn)生的附加應力對周圍構(gòu)筑物產(chǎn)生影響;在Z軸方向上，則主要會產(chǎn)生地面的隆起或沉降。除此之外，由于土體自身性質(zhì)，容易使前進方向的土體塑性發(fā)展，從而導致剪切破壞。

1．2 施工對排水的影響

地鐵隧道施工過程中會不可避免的穿過一些含水量較高的地層，因此也會對地下水體產(chǎn)生影響。具體來說，會導致開挖范圍內(nèi)的水體水位線下降，同時影響周圍的水體水位下降，在隧道附近則會形成水位凹槽。在此基礎(chǔ)上，水位下降會引起水壓下降，進而使土體之間的應力增加，最低導致地面的沉降。

2 城市地鐵隧道施工引起的地面沉降

隧道施工過程中，對土體的擾動是產(chǎn)生沉降的主要原因。以盾構(gòu)施工為例，盾構(gòu)在推進過程中引起的沉降可以分為5個部分:第一，盾構(gòu)達到前發(fā)生的沉降，占總量的0% ～4．5%;第二，盾構(gòu)到達時發(fā)生的沉降，占0% ～44%;第三，盾構(gòu)通過時發(fā)生的沉降，占0% ～38%;第四，盾構(gòu)通過后發(fā)生的沉降，占20% ～100%;第五，地表的固結(jié)沉降，占4%～32%。其中前四種沉降能夠通過一定的措施進行補救，使沉降量減小甚至消失，但最終的沉降量是一定會存在的。

從另一個角度分析，剪切變形、固結(jié)變形、壓縮變形是引起沉降發(fā)生的主要原因，因此在分析時必須關(guān)注地層的擾動、壓密、剪切應變等現(xiàn)象。實踐證明，盾構(gòu)導致的地表沉降和擾動范圍具有線性關(guān)系，同時和盾構(gòu)的推進速度、注漿時間、回填率、隧道直徑、土層性質(zhì)等有關(guān)。

3 地面沉降的應對措施

3．1 管棚施工引起的沉降控制措施

第一，施工過程中使用大管棚，在拱部采用雙層管棚、兩側(cè)邊墻采用單層管棚。在洞口的管棚一端設(shè)置導向墻，用來支撐樁基，同時樁基要伸入基巖。如此一來，管棚的兩端分別支撐圍巖和導向墻，起到縱梁的效果，從而控制隧道周邊的地層變形和沉降。第二，控制鉆進速度，盡量保持低速鉆進，可以使用拉管機拉回鉆管后進行注漿，固結(jié)后再次鉆進。第三，如果有回填物改變了鉆桿的預設(shè)路徑，可以通過反復旋轉(zhuǎn)、進退的方式將回填物清除。必要時可以使用氣動潛孔錘，然后繼續(xù)鉆進。第四，為了避免出現(xiàn)地面沉降，要確保實際出土量在理論出土量之下，同時控制水量對地層造成的擾動。

3．2 隧道開挖引起的沉降控制措施

第一，全斷面預注漿加固。隧道施工中為了防止出現(xiàn)地下水流失、地表下沉，從而保證施工的安全性，就要對隧道地層進行堵水操作和注漿加固，從而控制地表的變形量。注漿操作，能夠?qū)⒔邓^(qū)的殘留水置換出去，從而起到防水、止水的效果。為了提高土體承載力，減少開挖造成的變形，可以提高管棚的支撐作用，增加土體密實度。另外，在注漿的過程中要遵循以下幾點原則:一是多孔少注，通過分段注漿的形式來控制壓力;二是粉細砂、粘土等地層要使用超細水泥材料;三是粗砂、卵礫石地層要使用普通水泥漿，可以添加不收縮添加劑。第二，微臺階開挖及時初襯加固。注漿加固施工完成后，采用六分部微臺階法進行施工，要求人工開挖上部分，機械開挖下部分，在拱部預留1cm左右的沉降量。對于左右線隧道而言，施工時使用短進尺進行開挖，能夠防止沉降量的累積，從而有效降低沉降量。另外，施工期間要在隧道上方的路面鋪設(shè)鋼板，然后將車輛速度限制在40km/h。第三，盾構(gòu)開挖時保證推進軸線和隧道軸線一致。軸線一致也就是指推進過程中不要出現(xiàn)“仰頭”或“扣頭”現(xiàn)象，這一點在泥水加壓和土壓平衡盾構(gòu)中很容易實現(xiàn)。具體做法是在推進過程中及時糾正偏離位置，可以使用激光進行導向。在人工操作時，適當將軸線偏差限度縮小，從而減少對地層的擾動。

3．3 拆除臨時支撐引起的沉降控制措施

第一，初期支護封閉成環(huán)、襯砌段加長以后，開挖面暫停施工，確保洞內(nèi)的二次襯砌作業(yè)長度大于13m。第二，拆除支撐鋼架時，將拆除長度控制在6m，同時綁扎好鋼筋，對隧道仰拱進行混凝土的填充。完成后方可繼續(xù)向前拆除。第三，在拱圈內(nèi)要設(shè)置防水板，然后二次襯砌鋼筋綁扎、澆筑混凝土，將澆筑長度控制在6m。第四，隧道沒有一次模筑的，洞內(nèi)穩(wěn)定性差，這時需要開挖、襯砌相互交替才能進行，從而確保隧道內(nèi)部的安全。

3．4 加強量測和監(jiān)控工作

第一，施工期間，要求全程監(jiān)測，要關(guān)注框架橋、地表管線的變化。一旦監(jiān)測值達到警戒線，就要停止開挖，在洞內(nèi)加固支撐，確保框架橋和管線的安全。第二，地下管線測點布置。首先確定管線的位置和類型，如果具備開挖條件，就要開挖暴露管線，并且直接在上面布置觀測點。不具備開挖條件，就要在對應的地面上設(shè)置觀測點。數(shù)量控制在每個管線上有3～5個。第三，洞周收斂測點布置。隧道內(nèi)部的圍巖應力狀態(tài)發(fā)生改變，其最直觀的表現(xiàn)就是凈空收斂，對其進行測量可以推斷出隧道的穩(wěn)定程度，從而為二次襯砌提供依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過以上分析我們可以看到，地鐵隧道的施工，對周邊環(huán)境的影響除排水以外，最為明顯的就是地面沉降。雖然沉降的出現(xiàn)是在所難免的，但通過一些措施可以將沉降量控制在合理的范圍內(nèi)。本文分別從管棚加固、注漿加固、臨時支撐加固、加強量測和監(jiān)控等措施，闡述了地表沉降的應對做法?？茖W合理的控制沉降量，能夠提高施工的安全系數(shù)，降低對環(huán)境的影響，促進基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)和施工技術(shù)的發(fā)展。

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