地鐵施工地表沉降及其管控措施

李明

摘要：隨著我國城市化步伐加快，城鎮(zhèn)居民數(shù)量增多，在滿足了溫飽之后，出行的方便成為一個大問題。城市人口和車輛的增多，不但帶來環(huán)境污染的壓力，交通擁堵也日益嚴(yán)重，成為一個全世界城市都不得不面對的函待解決的問題。在這樣的背景下，地鐵交通應(yīng)運(yùn)而生，其速度快，并且載客量大，運(yùn)行平穩(wěn)快捷，乘坐舒適，而且不占用地面空間，特點(diǎn)突出優(yōu)勢明顯，己經(jīng)成為各大城市發(fā)展的首選。地鐵隧道的開挖，難免對地層造成擾動，引起地表沉降，基于此，文章主要研究地鐵施工地表沉降及其管控措施。

關(guān)鍵詞：地鐵施工；地表；沉降；管控

引言

由于地鐵主要設(shè)施位于地面以下，使得地下施工成為地鐵建設(shè)工程的主體。在地鐵地下施工過程中，地面沉降、塌陷和開裂等問題時有發(fā)生，不僅造成城市環(huán)境破壞，也給地鐵工程自身帶來巨大安全隱患。在地鐵工程中，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)施工往往會引發(fā)地表沉降現(xiàn)象，針對地鐵盾構(gòu)施工地表沉降問題進(jìn)行深入研究，制定安全防范措施，對數(shù)量和規(guī)模不斷上升的地鐵工程來說無疑是十分重要的。

一、地鐵施工過程中地表沉降原因分析

大量實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，地鐵盾構(gòu)工程中引發(fā)地面沉降的原因包括施工造成的地層損失、地鐵盾構(gòu)隧道附近地層因?yàn)樵馐軘_動和剪切破壞而導(dǎo)致的重塑土再固結(jié)等。在眾多地面沉降現(xiàn)象中，施工地域地層受盾構(gòu)推進(jìn)造成的擠壓、超挖以及盾構(gòu)尾部壓漿的影響而發(fā)生擾動，從而導(dǎo)致地鐵隧道附近的地層形成正、負(fù)超孔隙水壓力，最終導(dǎo)致的地層沉降稱之為固結(jié)沉降。根據(jù)形成機(jī)理不同，固結(jié)沉降包括主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降兩種沉降方式。受超空隙水壓力消失影響導(dǎo)致的土層壓緊密實(shí)形成的沉降是主固結(jié)沉降。因土層骨架結(jié)構(gòu)發(fā)生蠕動使土層在剪切力作用下發(fā)生變形導(dǎo)致的沉降是次固結(jié)沉降。

二、地鐵施工過程中地表沉降影響因素

1、注漿作業(yè)對地表沉降的影響

注漿作業(yè)是地鐵盾構(gòu)施工的重要組成部分。而注漿作業(yè)的好壞對于因盾構(gòu)施工造成的地表沉降有著至關(guān)重要的影響，因而在地鐵盾構(gòu)施工中，注漿作業(yè)往往作為控制地表沉降程度主要措施。注漿作業(yè)中，對地表沉降影響突出的因素主要包括注漿壓力的大小、注漿量的多少、有效注漿范圍、加固體強(qiáng)度提高加值以及后挖隧道的擾動等。

2、盾尾空隙對地表沉降的影響

盾構(gòu)機(jī)在土層中推進(jìn)施工時，隨著盾構(gòu)機(jī)的挖掘運(yùn)動，盾尾鋼殼與地表土壤會呈現(xiàn)出周期性的緊密貼實(shí)和分離。當(dāng)盾尾與土壤發(fā)生分離時，在注漿作業(yè)沒用及時跟進(jìn)發(fā)生效用的情況下，與盾尾發(fā)生分離的土壤會因?yàn)槭ブ螇毫Χl(fā)生位移、崩塌等現(xiàn)象，隨著土壤的運(yùn)動與位移，盾尾與土體間的空隙再度被填滿，土壤受力再次達(dá)到平衡。這一過程也是影響地表沉降的重要因素。

3、地表硬殼對地表沉降的影響

在城市環(huán)境進(jìn)行地下施工，地面表層和地下深層土體往往呈現(xiàn)出不同的特性。理論計(jì)算結(jié)果和大量實(shí)際測量數(shù)據(jù)都表明在正常的盾構(gòu)推進(jìn)施工中，地面表層和地下深層土體所發(fā)生的沉降呈現(xiàn)一致性，但相對于地面表層，地下深層土體的沉降程度更加距離，受施工影響更加突出。這是因?yàn)槌鞘协h(huán)境下，地面表層往往由混凝土地面、柏油路路面等較為堅(jiān)硬的材質(zhì)構(gòu)成，變形模量、抗彎剛度及抗變形能力等遠(yuǎn)大于地下深層土體。在受到相同作用時發(fā)生沉降的程度更低。由于這個原因，許多沉降外表看來并不明顯，但實(shí)際上地面表層已經(jīng)與其下方的地下深層土體發(fā)生分離，形成巨大空隙，從而給施工安全帶來更大的安全隱患。

4、其他方面對地面沉降的影響

除了上述因素外，盾構(gòu)糾偏、盾構(gòu)發(fā)生臨時停頓或后退、推進(jìn)速度以及出土量發(fā)生改變等技術(shù)問題，都會對地表沉降產(chǎn)生影響。

三、地鐵施工地表沉降管控措施

1、注漿控制措施

注漿的控制在地表沉降的控制中非常重要，它是減少頂管結(jié)構(gòu)與周圍土體的摩擦力、彌補(bǔ)隧道施工造成的地層損失的非常重要的措施，注漿的材料屬性、注漿壓力以及注漿是否及時都影響到地表沉降的大小。注漿的材料屬性要符合設(shè)計(jì)要求，還需要根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行調(diào)整。在具體施工中中，選取頂管管節(jié)外一層間隙土來模擬地層損失以及之后填補(bǔ)的注漿，起到了很好的模擬效果，其中選擇合理的間隙土厚度寄注漿材料的屬性非常重要。要選擇合理的膨潤土、純堿等材料進(jìn)行合理配比。應(yīng)選擇合理的注漿壓力與注入時間。壓力過小，無法有效彌補(bǔ)地層損失造成的地表沉降，壓力過大，可能造成泄漏以及地表不合理的隆起等情況。

2、隧道埋深控制措施

隧道的大小形狀確定之后，需要確定隧道埋深。一般來說，隧道深度越大，地表受到的影響越小，一些穿山隧道對山體的甚至非常小，而隧道深度也必須選擇合理深度，如果過深，則會對始發(fā)井、接收井以及之后的基坑施工，隧道掘進(jìn)產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)盏降叵滤牟涣加绊?。在本工程中，由于隧道穿越區(qū)間水位之上共有4層土層，最上層的土層為雜填土，其多為建筑廢渣，松土等，土質(zhì)非常差，且僅有1.8m左右厚度；第二層為粉土，土層厚度較厚，大于矩形頂管隧道的高度，且粉土為四層土層中土質(zhì)最高的土層；第三層為粉砂，顆粒較大，土層較薄，不符合要求，而本隧道為下穿隧道，也不適合太深而穿過兩層土層。因此最終考慮經(jīng)濟(jì)、施工、地質(zhì)等因素，選擇在第二層粉土層進(jìn)行隧道掘進(jìn)，也使得隧道的埋深較淺。

3、頂推力控制措施

頂推力是整個頂管結(jié)構(gòu)在隧道內(nèi)前進(jìn)的動力，為了突破頂管結(jié)構(gòu)在前進(jìn)中的各種附力，頂推力需要大于各種側(cè)摩阻力，而且不能使側(cè)摩阻力引起的地表沉降增加，同時，頂推力不當(dāng)也會引起地表的不同程度的沉降或者隆起。在其他參數(shù)不變的情況下，由選取的初始頂推力過大，且隨著之后推力的遞增，就會出現(xiàn)異常的隆起，不符合實(shí)際規(guī)律，因此，要合理的控制頂推力的大小、方向以及增大規(guī)律，以免出現(xiàn)不合理的計(jì)算結(jié)果。在實(shí)際的施工中，需要根據(jù)千斤頂?shù)淖畲箜斖屏绊敼芙Y(jié)構(gòu)通過的土層的參數(shù)決定合適的起始推力數(shù)據(jù)，推力過大，會引起土倉壓力值過大、土體隆起等事故，推力過小，可能引起頂管結(jié)構(gòu)無法正常前進(jìn)甚至后退，引起開挖面坍塌等工程事故。在實(shí)際施工中，千斤頂?shù)耐屏σ矐?yīng)根據(jù)實(shí)際情況變化。

4、其他控制措施

除了上述控制因素外，還包括其它的控制措施。地下水位方面，由于本隧道所處地區(qū)地下水位較深，土壤固結(jié)因素引起的沉降影響相對較小，但仍不可忽視，在實(shí)際施工中，還要進(jìn)行降水工作，同時定期進(jìn)行水位監(jiān)測，使得地下水的滲流影響盡量減小；隧道上方的荷載因素也非常重要，模型匯總選擇一般交通道路的20kpa，在實(shí)際工程中，由于工程需要，龍門吊、起重機(jī)等重型機(jī)械必不可少，為了減小地表荷載，也要加強(qiáng)施工管理，合理安排，位于道路上的車輛無法減少，工地內(nèi)的重型機(jī)械等應(yīng)盡量減少通過，鋼材等材料應(yīng)堆放在不會產(chǎn)生影響的地方，減小地表的荷載。

5、危險部位加強(qiáng)監(jiān)測

根據(jù)地表沉降的預(yù)測結(jié)果，選取沉降控制危險部位加強(qiáng)監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括：地表沉降監(jiān)測、土體深部位移監(jiān)測、地面建筑物的下沉及傾斜監(jiān)測、管片襯砌變形監(jiān)測、地下水位監(jiān)測、土壓力監(jiān)測等項(xiàng)目。

結(jié)束語

隨著我國城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐的逐步加快，地鐵工程建設(shè)事業(yè)必將迎來更大的發(fā)展空間。地鐵施工造成的地表沉降問題無法完全避免，但在對沉降機(jī)理和影響因素的深入分析的基礎(chǔ)上，可以通過科學(xué)有效的措施予以控制。

參考文獻(xiàn)

[1]孫佳.盾構(gòu)法施工在過江隧道中的風(fēng)險及應(yīng)對措施芻議[J].價值工程，2014，（13）：143-144.

[2]倪安斌.泥炭（質(zhì)）土地層中盾構(gòu)法施工對鄰近橋梁的影響分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2014，51（3）：168-173，180.

[3]鄧彬，顧小芳.淺談深圳地鐵2222標(biāo)盾構(gòu)法施工風(fēng)險及質(zhì)量控制措施[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2012，49（2）：21-27.endprint