地鐵隧道施工對既有橋梁變形的控制

王云龍

摘要： 在“一帶一路”政策的引領(lǐng)之下，城市的發(fā)展越來越迅速，進(jìn)而促使建筑行業(yè)的發(fā)展。由于土地資源緊缺，不僅使得人們的住宅問題難以解決，還使得交通擁堵現(xiàn)象更加嚴(yán)重。這些都影響著城市化發(fā)展的進(jìn)程。在這種情況下，人們想要緩解交通帶來的不便，只有從地下空間著手。于是地鐵作為新興的交通方式孕育而生了。地鐵的建設(shè)不僅僅減緩了交通堵塞現(xiàn)象，還提升了所在區(qū)域的生活水準(zhǔn)，是一個城市發(fā)展的代表。地鐵在帶來方便的同時，也帶來一定的困擾。本文以從隧道施工的變形影響因素、地表沉降特征等角度，從以下幾個方面論述地鐵隧道施工對既有橋梁變形的控制。

Abstract： Under the guidance of the policy of "One Belt and One Road"， the development of the city is becoming more and more rapid， which leads to the development of the construction industry. Due to the shortage of land resources， people's housing problem is difficult to solve， and the traffic congestion becomes more serious. In this case， people start to consider the underground space to ease the inconvenience of traffic. So the subway as a new way of transport gave birth. Subway construction not only slowed down the traffic jam phenomenon， but also enhance the living standards， so it has become a representative of urban development. Subway brings convenience at the same time， also brings some trouble. In this paper， from the perspective of the factors affecting the deformation of the tunnel construction and the characteristics of surface subsidence， the deformation control of the existing bridge in subway tunnel construction is discussed.

關(guān)鍵詞： 地鐵隧道施工；既有橋梁；變形；控制

Key words： subway tunnel construction；existing bridge；deformation；control

中圖分類號：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）35-0090-03

0 引言

地鐵是新時期新興的一種接通方式，它應(yīng)用地下資源來緩解地上交通的緊張。其修建是在地下，不占有地表土地資源，所以很多城市都在修建?？墒沁@樣就會對既有環(huán)境形成一定的影響。在這樣的情況下，一些新建地鐵隧道就順著既有橋梁的路線施工。挖掘隧道會致使地表下沉，進(jìn)而使得既有橋梁變形，誘發(fā)安全事故。怎樣在地鐵隧道施工的同時確保既有橋梁的穩(wěn)定性是施工中最為關(guān)注的問題。只有掌握好地鐵隧道施工對既有橋梁變形的控制，才能夠確保工程安全性。

1 地鐵隧道施工時影響地表變形的因素

在修建地鐵的過程中，會對地表形成不同程度的破壞，假設(shè)破壞程度比較高的話，就會導(dǎo)致上層既有建筑受到損害，進(jìn)而引發(fā)安全事故。在開挖隧道的過程中會產(chǎn)生既有建筑變形、地表下沉，這也是其中最關(guān)鍵的原因。所以要想控制好橋梁變形，首先要做的就是研究好挖掘隧道時導(dǎo)致地表變形的成因。

1.1 地下水位

因為隧道的開挖深度較大，在開展作業(yè)的過程中會觸及到地下水。如果遇到這種情況，只有實施水的抽離才能夠降低水位，接著作業(yè)。與此同時，新的問題也產(chǎn)生了，水位降低會促使土層含水量缺失。進(jìn)而致使其空隙水壓不足，促使地表沉降現(xiàn)象發(fā)生。另一方面，在作業(yè)的過程中會出現(xiàn)一些“涌水”或作業(yè)結(jié)束后襯砌滲水。它們使得周邊地下水持續(xù)往里面進(jìn)行補(bǔ)水，進(jìn)而形成動水壓。這個時候地表的滲透壓力也隨之改變，進(jìn)而引發(fā)地表變形。

1.2 降水因素

降水導(dǎo)致地下水浮力改變。通常情況下，降水會使得其浮力降低，進(jìn)而促使下層顆粒方位移動，最終出現(xiàn)地表下沉現(xiàn)象?？墒窃诮邓Y(jié)束之后，浮力又會回歸，地表隨之上升。這樣的一個下沉、上升的過程，就會誘發(fā)地表變形。此外，在地表上面的既有建筑自然也會受到不同程度的影響。

1.3 地鐵隧道開挖過程中的地層損失

該部分的損失是指隧道在作業(yè)過程中具體挖掘的土體積和工程結(jié)束之后隧道的體積間的差值。該部分的損失可以導(dǎo)致周邊土體產(chǎn)生變化，進(jìn)而形成地表變形。地層損失是在作業(yè)時產(chǎn)生的，這就增添了作業(yè)的挑戰(zhàn)性，也使得上層橋梁的穩(wěn)固性受損，相關(guān)部門需要嚴(yán)苛重視。

1.4 地鐵隧道開挖的尺寸以及速度

挖掘隧道時，因為大部分是在巖土層作業(yè)，所以必然會對巖土層的結(jié)構(gòu)帶來損害。其損害能夠加劇地表變形，進(jìn)而導(dǎo)致上層既有橋梁發(fā)生變形。嚴(yán)重時還使得橋梁直接下沉。在開展隧道施工時，很多時候運(yùn)用的是臺階法。臺階長度也會促使地表變化。隨著挖掘深度增加，周邊巖石以及地表的變化就越嚴(yán)重。在挖掘尺度到某種限度時，地表將形成大尺度變形，這時候依附在上面的建筑物自然也不能夠避免的形成變形。同時隧道開挖的速度也和變形有很大關(guān)系。通常，開挖速度快，就表示該表層面裸露時間較短，將降低地應(yīng)力，從而延緩變形。endprint

1.5 隧道開挖過程中的預(yù)支護(hù)措施

在進(jìn)行隧道開挖作業(yè)時，施工面不穩(wěn)定是時常發(fā)生的情況。此時就需做好適宜的預(yù)支護(hù)措施。一般情況下都會選擇在輪廓線外面實施支護(hù)。該支護(hù)體系可以保證在隧道施工后，支護(hù)結(jié)構(gòu)形成以前承載全部臨空土體，進(jìn)而保障施工面的穩(wěn)定。因此，預(yù)支護(hù)措施是非常有必要的，在操作的過程中必須依據(jù)相應(yīng)的規(guī)范實施。假設(shè)在做相關(guān)支護(hù)時，不能夠遵照相關(guān)要求進(jìn)行操作，就會使得作業(yè)面穩(wěn)定性能嚴(yán)重受損，進(jìn)而產(chǎn)生地表變形。

地表變形不單單源自于以上成因，其還受到地層環(huán)境的制約。在開展隧道作業(yè)的進(jìn)程中，產(chǎn)生地表變化是不可逆轉(zhuǎn)的，我們只有詳盡辦法減緩其變化程度，做好控制措施。

2 地鐵隧道施工造成的地表變形特征

2.1 地表變形隨著隧道施工的進(jìn)行分階段進(jìn)行

當(dāng)?shù)罔F隧道挖掘的工作面到距測點相差-3D至1D時候（D表示地鐵隧道開挖的最大跨度），這時開挖對地表沉降產(chǎn)生的影響占總沉降量的5%至15%，這是地表變形的超前隆起或負(fù)下沉階段。當(dāng)?shù)罔F隧道挖掘的工作面在-1D至3D的范圍時，地表變形速度就會增大，該階段所造成的沉降量約為55%至65%，這是地表的急劇變形階段。當(dāng)?shù)罔F隧道挖掘的工作面在3D至5D范圍內(nèi)時，地表變形的速度就會減慢，這個階段地表沉降量占總沉降量的15%至20%。當(dāng)?shù)罔F隧道工作面超過5D之后，沉降的速度會更加緩慢，幾乎沒有什么大的變化，已經(jīng)趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，這個階段的沉降量僅為5%。

透過以上論述可以發(fā)現(xiàn)，在開展地鐵隧道開挖作業(yè)的時候，借助觀測沉降速度的變更情況，能夠?qū)刂萍扔袠蛄鹤冃翁峁┫鄳?yīng)的靈感。同時，它能夠使得相關(guān)工作在開展的過程中可以梳理出主要矛盾以及次要矛盾，進(jìn)而采取適宜的解決方案，保障相關(guān)工作的順利開展。

2.2 地形條件不一樣，產(chǎn)生的相關(guān)變形程度也存在差異

由于隧道下面的作業(yè)條件不一樣，還有隧道開挖的方法存在差異，這些都使得施工中形成的地表變化存在差異。如果隧道施工范圍內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常緊密，那么在開展工作時對地表的傷害就相對較少。在隧道開挖的過程中運(yùn)用適宜科學(xué)的方法是非常關(guān)鍵的，好的施工方法能夠大大降低地表變形的速度。相關(guān)施工人員在開展隧道挖掘作業(yè)的過程中，一定要把這兩種因素進(jìn)行有效的整合。只有依照施工場地的地形地貌情況，配置適宜科學(xué)的開挖方法，才能夠有效降低地形變化，保障上層建筑的穩(wěn)定運(yùn)作。

3 地鐵隧道施工對既有橋梁變形的控制

在開展隧道作業(yè)的過程中，對既有橋梁變形的有效控制是非常重要的?？墒怯行┕こ痰淖鳂I(yè)條件不佳，場地周邊有眾多的管線，地表上層的建筑比較多。所以怎樣盡量在隧道作業(yè)過程中，控制好既有橋梁的變形，使其滿足相關(guān)要求，是當(dāng)下急需解決的問題。筆者借助相關(guān)調(diào)查從以下幾個方面詳盡論述隧道挖掘過程中對既有橋梁的控制方法。

3.1 嚴(yán)苛依據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)實施挖掘作業(yè)

在開展隧道挖掘作業(yè)的過程中，相關(guān)單位應(yīng)該委派專業(yè)人員到實際施工現(xiàn)場中去，以便開展相應(yīng)的檢測。同時編訂適宜的開挖方案。由于不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)會使得地表下沉的情況有差別，進(jìn)而形成的影響有差別。這就需要相關(guān)人員在依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的施工狀況來把握相應(yīng)的要求。在開挖作業(yè)時，應(yīng)該嚴(yán)苛掌控開挖隧道給地表造成的影響，且做好相應(yīng)的控制措施。

3.2 減少地下水位的下降幅度

地下水位的降低毫無疑問會使整個工程難度增加，地下水位下降會導(dǎo)致整個土層結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而引起地表大范圍的沉降。所以在地鐵隧道開挖的過程中既要保證工作的正常進(jìn)行，又要盡量減少地下水的水位下降幅度。在遇到地下水滲漏的情況時，可采取水帷幕或者旋噴樁等方法阻斷地下水的繼續(xù)下滲。

3.3 合理安排開挖尺度

如果地鐵隧道的施工場地穩(wěn)定就可以很好地控制地表的變化，進(jìn)而減少對既有橋梁的影響。所以，在開展地鐵隧道作業(yè)的過程中，要嚴(yán)苛依照相關(guān)要求科學(xué)設(shè)定其挖掘的尺寸。另一方面，一定要依照施工場地內(nèi)的地質(zhì)特點來科學(xué)設(shè)置相應(yīng)的挖掘尺寸。此外，還可整合其他國家或者類似行業(yè)的施工經(jīng)驗。透過相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一般情況下，可以把隧道施工中斷面的開挖寬度保持在零點一倍。

3.4 改變土體屬性

在開展地鐵隧道作業(yè)的過程中，能夠借助改善土體特性的方法，來降低變形。有些施工場地的土質(zhì)不好，在開展施工作業(yè)的過程中，可利用深層注漿的方式影響該區(qū)域內(nèi)的土質(zhì)。有些工程人員還使用超前注漿的形式。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有些工程中還通過壓注適宜比例的化學(xué)產(chǎn)品來改變土質(zhì)屬性。另一方面，相關(guān)施工人員還需要通過適宜的手段，在保障質(zhì)量的前提下，提升施工的效率。通過改變土質(zhì)屬性來影響地層應(yīng)力的變化，并對其加以控制，進(jìn)而降低地表變形的速度。

3.5 結(jié)合地形制定、選擇最優(yōu)的施工方案

由于各地地形狀況不同，所以在施工過程中所遇到的狀況也會不相同的。施工方要根據(jù)不同地形在地質(zhì)特征，制定出適合此類地形的施工方案，并結(jié)合有關(guān)專家的意見和建議，及時有效的改進(jìn)方案，為施工的進(jìn)行提供最優(yōu)的施工方案。實踐證明，采取此類制定施工方案的方法，能有效抑制地表變形的程度。

3.6 加強(qiáng)預(yù)支護(hù)措施

對于預(yù)支護(hù)，一般采用的是增大超前小導(dǎo)管直徑，減小布置間距，擴(kuò)大注漿范圍和嚴(yán)格注漿質(zhì)量等措施加強(qiáng)。對于鋼格柵，可以適當(dāng)?shù)乜s小其間距。在間距一定的情況下，增大主筋的直徑，從而增大預(yù)支護(hù)的剛度，起到很好的防護(hù)作用。

4 結(jié)論

地鐵的修建能夠加快城市化的進(jìn)程，然而地鐵是利用地下空間來發(fā)揮其應(yīng)有的功能，所以會給地表變形產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而導(dǎo)致地表橋梁的變形。地下空間的開發(fā)是順應(yīng)時代發(fā)展潮流，但是由此帶來的一系列的負(fù)面影響也應(yīng)該引起有關(guān)部門的注意，所以，在地鐵隧道施工過程中，加強(qiáng)對地鐵施工時給地表造成影響的控制，才能更好地改善人們的生活水平。

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