地鐵盾構(gòu)施工中引起地面變形的影響與控制措施

摘 要：文章針對地鐵盾構(gòu)施工過程中引起的地面隆起或沉降等現(xiàn)象，以某市地鐵盾構(gòu)施工項(xiàng)目為例，通過較為完善的地面監(jiān)測方案收集整理和分析地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，以獲得盾構(gòu)掘進(jìn)對地面變形產(chǎn)生影響的范圍和程度，并提出相應(yīng)的施工控制措施，為盾構(gòu)施工提供安全和技術(shù)支撐，以期對同類工程有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：隧洞；盾構(gòu)施工；地面沉降；施工控制措施

1 概述

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，全國各大城市都已興建（或在建）城市地鐵交通工程來滿足廣大市民的出行需求。目前，國內(nèi)外地鐵施工中較為常用的方法為盾構(gòu)法施工。所謂盾構(gòu)法是一種利用盾構(gòu)機(jī)械在地下暗挖隧道的施工方法?？v觀各國地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)發(fā)展歷程，盾構(gòu)施工過程中引起的地面變形問題不容忽視[1]。因此，我們必須對盾構(gòu)施工過程中地面變形進(jìn)行監(jiān)測，對產(chǎn)生沉降原因進(jìn)行及時(shí)分析，并提出相應(yīng)的控制措施。文章以某市地鐵盾構(gòu)施工項(xiàng)目為例，通過較為完善的地面監(jiān)測方案收集整理和分析地面沉降監(jiān)測，以獲得盾構(gòu)掘進(jìn)對地面變形產(chǎn)生影響的范圍和程度，并提出相應(yīng)的施工控制措施，為盾構(gòu)施工提供安全和技術(shù)支撐，以期對同類工程有一定的指導(dǎo)意義。

2 盾構(gòu)施工監(jiān)測實(shí)例

2.1 工程簡況

某市軌道交通二、八號(hào)線。線路起止里程右線為：YDK7+622.000～YDK9+849.94，隧道全長2248.728m，長鏈20.788m；左線為：ZDK7+622.000～ZDK9+849.940，隧道全長2253.867m，長鏈25.927m。全段區(qū)間為地下線，采用盾構(gòu)法施工。

2.2 監(jiān)測項(xiàng)目

盾構(gòu)施工監(jiān)測項(xiàng)目主要是地表沉降和隆起、建筑物和管線及其基礎(chǔ)等的沉降等。

2.3 施工監(jiān)測周期

在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中，對布設(shè)在刀盤前方20m以及盾尾后方30m范圍內(nèi)的監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)該每天至少早晚各觀測1次。若遇變形異常情況，則需增加觀測次數(shù)。

3 盾構(gòu)掘進(jìn)施工控制措施

盾構(gòu)掘進(jìn)施工主要控制參數(shù)包括前倉壓力、掘進(jìn)速度、同步注漿等。結(jié)合本工程的實(shí)際情況主要從以下幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行控制：

3.1 前倉壓力

本區(qū)間使用的是土壓平衡式盾構(gòu)，其前倉壓力的大小對維持開挖面的穩(wěn)定相當(dāng)重要。一般地，當(dāng)盾構(gòu)前倉壓力等于原靜止土壓力時(shí)，土體受到的擾動(dòng)很小，地層不會(huì)出現(xiàn)大的變形；當(dāng)盾構(gòu)前倉壓力大于原靜止土壓力時(shí)，前方土體受到水平方向的強(qiáng)烈擠壓而發(fā)生向前移動(dòng)，因豎直方向的泊松效應(yīng)導(dǎo)致土體出現(xiàn)向上移位，從而引起地面隆起；反之，開挖面土體由于受到較小支撐力而發(fā)生向后移動(dòng)，若出土速度過快，開挖面前上方土體會(huì)發(fā)生塌落，從而導(dǎo)致地面沉降。

前倉壓力應(yīng)隨隧道上部覆土厚度的不同而發(fā)生變化。控制地層損失、減少地層變形的關(guān)鍵手段是修正土倉壓力，建立有效的土壓平衡。對于本工程，應(yīng)根據(jù)隧道埋深，計(jì)算出的前倉壓力取值應(yīng)在0.18MPa左右。由監(jiān)測結(jié)果可知，土壓設(shè)定較低時(shí)，地表沉降會(huì)較大。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果可知，土壓力對于沉降有不小的影響，提高土壓力會(huì)減少最終沉降，過高的土壓力會(huì)導(dǎo)致差異沉降明顯。由數(shù)值模擬結(jié)果可知，盾構(gòu)穿越既有線時(shí)土壓力設(shè)置在0.22-0.24MPa比較合適。

3.2 掘進(jìn)速度

掘進(jìn)速度參數(shù)控制的重點(diǎn)在于使土體盡量切削并非擠壓。過量擠壓會(huì)導(dǎo)致前倉內(nèi)外壓差，增大對地層的擾動(dòng)。當(dāng)在無結(jié)構(gòu)物下面進(jìn)行推進(jìn)時(shí)，推進(jìn)速度可控制在20-30mm/min之間；對盾構(gòu)進(jìn)行糾偏時(shí)，應(yīng)取較慢的速度。結(jié)合本工程實(shí)際情況，盾構(gòu)推進(jìn)速度可控制在10-20mm/min。

3.3 同步注漿

同步注漿是在盾構(gòu)施工中改良地層性狀、減少地面沉降的切實(shí)有效方法。

同步注漿壓力選取應(yīng)當(dāng)適中，一般情況下，只需使?jié){液壓入口的壓力大于該處水土壓力之和，即能使建筑孔隙得以充盈。若壓力過大，會(huì)導(dǎo)致周圍土層產(chǎn)生劈裂，且造成較大的地層后期沉降。在掘進(jìn)階段，可按1.2？酌0h確定注漿壓力。針對本工程實(shí)際情況，注漿壓力初步定為0.26MPa。

同步注漿應(yīng)在盾構(gòu)推進(jìn)同時(shí)注入或在盾構(gòu)推進(jìn)后即刻注入。由于本工程開挖處地層為粉土以及粉質(zhì)粘土，容易發(fā)生塌落，因此應(yīng)該及時(shí)注入。

注漿速度與盾構(gòu)推進(jìn)速度有很大的關(guān)系。如果注漿速度大于盾構(gòu)的前進(jìn)速度，則會(huì)導(dǎo)致跑漿現(xiàn)象，甚至?xí)┻^盾尾進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)內(nèi)污染拼裝工作面；如果注漿速度小于盾構(gòu)的前進(jìn)速度，則會(huì)出現(xiàn)盾尾脫出的部位大幅度沉降。

4 結(jié)束語

（1）通過上述分析可知，盾構(gòu)的通過階段和盾尾脫出階段是地面擾動(dòng)沉降的主要階段，因此，若要有效地控制地層擾動(dòng)沉降，則必須重點(diǎn)關(guān)注盾構(gòu)通過和盾尾脫出這兩個(gè)階段。

（2）通常情況下，盾構(gòu)掘進(jìn)地面橫向沉降類似于正態(tài)分布，最大沉降量發(fā)生在隧道軸線附近，沉降影響范圍大約在隧道軸線兩側(cè)30m范圍內(nèi)；盾構(gòu)掘進(jìn)施工主要影響區(qū)域在隧道軸線附近5m范圍內(nèi)，地面沉降拐點(diǎn)位于該區(qū)域，該區(qū)域沉降占總沉降的1/6～1/7。

（3）盾構(gòu)掘進(jìn)對其前方約30m范圍的土體產(chǎn)生較大影響，土體沉降是一個(gè)緩慢過程，其值一般不大于5mm，且不發(fā)生地面隆起現(xiàn)象；后方土體對盾構(gòu)掘進(jìn)的影響范圍主要在0～10m范圍，對于不同地質(zhì)情況，沉降一般會(huì)有較大變化，為最大沉降值的30%～50%，且變化速率較大。

（4）盾構(gòu)掘進(jìn)中應(yīng)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整修正前倉壓力，建立有效的土壓平衡，以達(dá)到控制地層擾動(dòng)、減少地層變形的目的。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，盾構(gòu)穿越既有線時(shí)土壓力設(shè)置在0.22-0.24MPa比較合適。

（5）同步注漿是在盾構(gòu)施工中改良地層性狀、減少地面沉降的切實(shí)有效方法；二次補(bǔ)注漿是在同步注漿的基礎(chǔ)上進(jìn)一步控制土體后期沉降的良好且必要的手段。

參考文獻(xiàn)

[1]葛世平，廖少明，陳立生，等.地鐵隧道建設(shè)與運(yùn)營對地面房屋的沉降影響與對策[J].測繪通報(bào)，2009（2）：46-49.