地鐵隧道盾構(gòu)施工問題與對(duì)策

摘要：隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，盾構(gòu)法隧道施工在地鐵建設(shè)中的應(yīng)用更加廣泛。盾構(gòu)法是機(jī)械化的暗挖法施工，通過(guò)盾構(gòu)的外殼和管片進(jìn)行隧道的支撐。盾構(gòu)既是一種施工工具，也是一種強(qiáng)有力的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。為了保護(hù)城市地下道路、上下水道、電力通信、還有各種公共基礎(chǔ)設(shè)施，盾構(gòu)法是隧道施工的首選，但由于隧道建設(shè)要空間跨越已有的建筑物，因而在盾構(gòu)施工過(guò)程中就存在一系列的問題，研究問題的對(duì)策便顯得至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；盾構(gòu)法；對(duì)策

引言

近年來(lái)，為了適應(yīng)城市的現(xiàn)代化建設(shè)和滿足城市居民不斷增長(zhǎng)的出行需求，全國(guó)各地的地鐵建設(shè)不斷發(fā)展，為人們的出行提供了巨大的保障。然而，在地鐵隧道建設(shè)中關(guān)于引進(jìn)盾構(gòu)法所帶來(lái)的問題不容忽視，如何加強(qiáng)盾構(gòu)施工的安全性應(yīng)是研究的重點(diǎn)。本文以深圳地鐵11號(hào)線區(qū)間隧道建設(shè)為例，在地鐵隧道盾構(gòu)施工出現(xiàn)的問題的基礎(chǔ)上提出解決的對(duì)策。

一、關(guān)于盾構(gòu)法的簡(jiǎn)介

1.1盾構(gòu)法的概念

盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)機(jī)為隧道掘進(jìn)設(shè)備，以盾構(gòu)機(jī)的盾殼作支護(hù)，用前端刀盤切削土體，由千斤頂頂推盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)，以開挖面上拼裝預(yù)制好的管片作襯砌，從而形成隧道的施工方法。

1.2盾構(gòu)的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)

盾構(gòu)的基本原理是基于一圓柱形的鋼組件沿隧洞軸線被向前推進(jìn)的同時(shí)開挖土壤。該鋼組件總是防護(hù)著開挖出的空間，直到初步或最終隧洞襯砌建成。盾構(gòu)必須承受周圍地層的壓力，而且要防止地下水的侵入。

1.3盾構(gòu)型式主要有：泥漿式盾構(gòu)、土壓平衡式盾構(gòu)、敞開式盾構(gòu)、壓縮空氣式盾構(gòu)、組合式盾構(gòu)等等。

二、盾構(gòu)法在施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的問題

2.1地面沉降問題

2.1.1地面沉降概念

地面沉降主要是由于施工過(guò)程中開挖面的應(yīng)力釋放和附加應(yīng)力等引起的地層變形。由于盾構(gòu)施工是在巖石體內(nèi)部進(jìn)行的，所以無(wú)論開挖的深度大小，都會(huì)對(duì)巖體周圍的土層產(chǎn)生擾動(dòng)，從而影響地表形態(tài)。

2.1.2盾構(gòu)法施工沿隧道縱向的地面沉降可劃分為5個(gè)階段。

（1）盾構(gòu)到達(dá)前的地層沉降，即盾構(gòu)機(jī)未到達(dá)土體時(shí)地表就已發(fā)生了變化，該影響限于10m～15m以內(nèi)。這主要是由盾構(gòu)推進(jìn)土壓力的波動(dòng)引起的。

（2）盾構(gòu)到達(dá)時(shí)的底層沉降，即開挖時(shí)土層的沉降，自開挖面距觀測(cè)點(diǎn)約3m～10m時(shí)，直到開挖面位于觀測(cè)點(diǎn)正下方之間所產(chǎn)生沉降現(xiàn)象。這多是由于土體應(yīng)力釋放或盾構(gòu)反向土倉(cāng)壓力引起的土層塑性變形所引起的。

（3）盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)的沉降，即盾構(gòu)切口到達(dá)測(cè)點(diǎn)起至尾部離開測(cè)點(diǎn)之間發(fā)生的沉降。這階段的沉降主要是由盾殼向前移動(dòng)時(shí)與周圍土體之間形成的剪切滑動(dòng)面造成土體被擾動(dòng)，這一階段的沉降占總沉降的35%～40%。

（4）盾尾間隙沉降，即盾尾通過(guò)測(cè)點(diǎn)后所導(dǎo)致的地表沉降，其大約在尾部通過(guò)測(cè)點(diǎn)后0～20m內(nèi)產(chǎn)生影響。這往往是因?yàn)樽{不及時(shí)或注漿量不足，使得土體向空隙填入，造成土層應(yīng)力釋放而引起的地表變化。這個(gè)階段的沉降占總沉降的40%～45%。

（5）后續(xù)沉降，即盾尾離開土體一周后的地表沉降，其原因是前面作用累計(jì)導(dǎo)致的，這反映了地層沉降的時(shí)間效應(yīng)。這個(gè)階段的地面沉降不超過(guò)總沉降的10%。

綜上所述，盾構(gòu)施工過(guò)程中，第三和第四階段的地面沉降所占比例最大，所以對(duì)其控制也很重要。

2.1.3導(dǎo)致地面沉降的原因有內(nèi)外因之分，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）地質(zhì)條件：據(jù)研究表明，盾構(gòu)施工對(duì)地表沉降的影響應(yīng)地層狀況而各異。

（2）土體性質(zhì)：不同性質(zhì)的土體對(duì)地表沉降的程度也不同。

（3）覆土厚度h和盾構(gòu)外徑d：最大地面沉降隨覆土厚度h和盾構(gòu)外徑d的比值即h/d的增大而減少。

（4）地下水位變化：施工過(guò)程中的地層中水位的變化也會(huì)導(dǎo)致地層變形，引起沉降現(xiàn)象發(fā)生。

（5）盾構(gòu)施工姿態(tài)：盾構(gòu)推過(guò)程中，土壓倉(cāng)壓力過(guò)大或過(guò)小都引起地層沉降。

（6）若注漿不及時(shí)或注漿量不足都會(huì)引起地層變形。

2.2地層損失

盾構(gòu)推進(jìn)引起的土體位移由盾構(gòu)前的地表位移；盾構(gòu)通過(guò)時(shí)的位移；盾構(gòu)離開后的土體固結(jié)三部分組成。相比較而言，盾構(gòu)前的地表位移發(fā)生的可能性較小，而盾構(gòu)離開后的土體固結(jié)需要幾個(gè)月的時(shí)間才會(huì)確定，因此，盾構(gòu)機(jī)通過(guò)時(shí)位移是導(dǎo)致地表較大位移，從而造成地層損失。

2.3管片滲漏與上浮

盾構(gòu)施工過(guò)程中還會(huì)導(dǎo)致管片的滲漏與上浮。管片的滲漏主要表現(xiàn)為裂縫滲水，接縫漏水，吊裝孔因卸水導(dǎo)致階段性滲水。管片的上浮則表現(xiàn)為直接導(dǎo)致管片間錯(cuò)臺(tái)，管片破裂，隧道漏水，嚴(yán)重的導(dǎo)致線路水平超標(biāo)等等。所以，在隧道盾構(gòu)施工過(guò)程中應(yīng)控制好管片的滲漏與上浮。

三、應(yīng)對(duì)地鐵隧道施工問題的對(duì)策

3.1針對(duì)地表沉降問題

3.1.1盾構(gòu)機(jī)的選擇

以上海隧道建設(shè)為例，其建設(shè)是以土壓平衡式盾構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。土壓平衡盾構(gòu)工藝原理是利用安裝在盾構(gòu)最前面的全斷面切削刀盤，將正面土體切削下來(lái)的土進(jìn)入刀盤后面的密封艙內(nèi)，并使艙內(nèi)具有就適當(dāng)壓力與開挖面水土壓力平衡，以減少盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)土層的土體的擾動(dòng)，從而避免地層的沉降。因此，在盾構(gòu)施工過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)的選擇很重要，要根據(jù)不同盾構(gòu)機(jī)的特性減少地面沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.1.2控制其影響在合適的范圍內(nèi)

無(wú)論是在盾構(gòu)機(jī)施工過(guò)程的哪一個(gè)階段，都要把其施工帶來(lái)的影響控制在合理的范圍內(nèi)，并在該范圍內(nèi)加強(qiáng)監(jiān)控，避免地面的大幅度沉降。

3.1.3對(duì)注漿的要求

因?yàn)樽{的因素也會(huì)導(dǎo)致地面沉降，所以在盾構(gòu)施工過(guò)程中要提高對(duì)注漿的要求，例如加快注漿的速度，及時(shí)注漿，再次要調(diào)好漿液的比例，最后還要控制好注漿量，把注漿量控制在合理的范圍內(nèi)，避免因注漿量不足而引起地層變形。

3.1.4進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)

根據(jù)上面的研究，我們已經(jīng)知道了影響地面沉降的內(nèi)在和外在因素。而對(duì)于地質(zhì)條件，土體性質(zhì)，覆土厚度，還有地下水變化的了解和掌握必須進(jìn)行實(shí)地勘察。在隧道施工前，施工單位應(yīng)派人專門進(jìn)行調(diào)查，真正掌握以上要素的情況，這樣在施工中才可根據(jù)情況具體分析，避免因任何一個(gè)因素而引發(fā)地層變形。

3.2針對(duì)地層損失現(xiàn)象

在以上問題分析中，不難看出地層損失的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是盾構(gòu)通過(guò)時(shí)造成的地表位移。因此對(duì)這一階段的控制顯得至關(guān)重要。為了減少地層損失，應(yīng)把盾構(gòu)通過(guò)的地層發(fā)生的位移控制在合理的范圍內(nèi)，及時(shí)監(jiān)控，防止出現(xiàn)唯一過(guò)大的現(xiàn)象。

3.3針對(duì)管片的滲漏與上浮

對(duì)于管片滲漏的原因我們已經(jīng)具體分析過(guò)了，大多是由于裂縫引起的，所以防止?jié)B漏最主要的是減少裂縫。而對(duì)于管片的上浮，要注重管片的質(zhì)量檢查，避免應(yīng)管片質(zhì)量出現(xiàn)的問題而引發(fā)的管片上浮。

3.4關(guān)于施工監(jiān)督與監(jiān)理機(jī)制

除了盾構(gòu)施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)問題的各種措施外，加強(qiáng)施工過(guò)程中的工程監(jiān)督，建立合理的監(jiān)理機(jī)制也是重中之重。要做到施工前的監(jiān)督，施工中的監(jiān)督，施工后的監(jiān)督，避免任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。

四、結(jié)論

眾所周知，“安全第一”是項(xiàng)目施工的首要原則，面對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的種種問題，我們要加強(qiáng)防護(hù)措施，還應(yīng)制定合理的監(jiān)理機(jī)制，從而保證施工的順利進(jìn)行以及項(xiàng)目的后期使用。盾構(gòu)法隧道工程是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)，通過(guò)工程師不斷地探索與實(shí)踐已形成了一套較成熟的施工技術(shù)，并且已廣泛用于施工建設(shè)中，尤其是在上海的地鐵建設(shè)中。然而盾構(gòu)法有利有弊，在施工過(guò)程中應(yīng)趨利避害，加強(qiáng)監(jiān)督，真正使其發(fā)揮積極的作用。

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作者簡(jiǎn)介：

張雄，男，1985年3月出生，畢業(yè)于南昌理工學(xué)院，現(xiàn)任職于中鐵七局三公司廣州地鐵13號(hào)線3標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部副經(jīng)理，職稱為助理工程師。