地鐵盾構(gòu)施工中地面沉降原因分析及應(yīng)對(duì)

荊濤

摘 要：地鐵盾構(gòu)施工中地面沉降較為常見，當(dāng)出現(xiàn)沉降時(shí)要及時(shí)分析原因，有效控制沉降，避免影響到周圍地下管線與地鐵物。本文中聯(lián)系具體地鐵施工案例，分析地鐵盾構(gòu)施工中地面沉降原因及應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)；地面沉降；應(yīng)對(duì)措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.100

隨著我國(guó)現(xiàn)代化城市建設(shè)的推進(jìn)，地鐵規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)施工技術(shù)也提出更高的要求。目前地鐵施工中普遍使用盾構(gòu)法，這種方法可以提高施工效率，改善傳統(tǒng)暗挖法的不足。但施工過程中也會(huì)出現(xiàn)沉降等問題，影響到施工安全與進(jìn)度，需要查明原因采取有效的解決措施。

1 影響地鐵盾構(gòu)施工質(zhì)量的因素

1.1 人的原因

地鐵盾構(gòu)質(zhì)量問題、安全問題出現(xiàn)的主要原因就是人，人員的違規(guī)操作或其它行為直接誘發(fā)安全質(zhì)量問題。施工過程中少數(shù)施工人員為了方便，未按照施工規(guī)范操作或是省略部分環(huán)解，無視安全管理。人員作為地鐵盾構(gòu)施工的主要組成部分，做好相關(guān)控制工作具有現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 設(shè)備因素

地鐵施工企業(yè)主要是依靠各種先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行工作。因?yàn)楹芏嘣O(shè)備都容易對(duì)人體造成傷害，不能直接進(jìn)行控制，所以要利用各種設(shè)備進(jìn)行操控。如果地鐵施工過程中，設(shè)備出現(xiàn)問題，使施工不能順利進(jìn)行，或發(fā)生一些意外反應(yīng)，就會(huì)導(dǎo)致施工質(zhì)量要求達(dá)不到；嚴(yán)重者，如機(jī)器設(shè)備存在安全問題，或者設(shè)計(jì)不當(dāng)、或者質(zhì)量不足、材料選擇欠佳，就會(huì)造成嚴(yán)重的人身財(cái)產(chǎn)安全問題。

1.3 材料因素

目前在許多施工項(xiàng)目中，由于管理制度的問題，導(dǎo)致監(jiān)管人員不負(fù)責(zé)任，對(duì)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的材料沒有經(jīng)過嚴(yán)格的檢測(cè)，導(dǎo)致材料的質(zhì)量嚴(yán)重下降，嚴(yán)重影響工程整體的施工質(zhì)量。即便對(duì)于檢測(cè)合格的施工材料，由于管理制度的不完善，導(dǎo)致后期的存儲(chǔ)以及施工未按照嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，影響項(xiàng)目最終的施工質(zhì)量，還加大了施工成本，加劇了施工中的浪費(fèi)現(xiàn)象。

2 地鐵盾構(gòu)施工地面沉降原因分析及應(yīng)對(duì)方法

2.1 地鐵工程概況

x地鐵2號(hào)線D3-TS87標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間，地貌屬于漫灘地形，分析區(qū)域地質(zhì)資料得出施工場(chǎng)地底層呈現(xiàn)出二元結(jié)構(gòu)，即淤泥質(zhì)粘土為上部主要組成。整個(gè)區(qū)間的賦存粘土地下水屬于孔隙潛水，年度變化幅度為0.5m。根據(jù)地基滲透水結(jié)果表明，地基土主要為微透水、弱透水。地下水不良作用導(dǎo)致地鐵掘進(jìn)面出現(xiàn)不安全事故，包括流砂、水涌及坍塌等。盾構(gòu)施工中出現(xiàn)地面沉降情況，分析原因包括地質(zhì)構(gòu)成、土層壓力及施工原因。

2.2 沉降原因分析

2.2.1 地質(zhì)構(gòu)成原因

地質(zhì)情況上文進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，施工上方區(qū)域以前是耕地與漁場(chǎng)，存在嚴(yán)重的淤泥情況。加上本身毗鄰江面，存在較大沉降，尤其是雨季會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重沉降。這是盾構(gòu)施工中面臨的比較嚴(yán)重的非人為原因，施工難度較大。

2.2.2 土層壓力

地面沉降與土層壓力設(shè)定之間存在關(guān)系，22根千斤頂將土層壓力傳遞給盾構(gòu)機(jī)，當(dāng)外部土層壓力小于盾構(gòu)機(jī)設(shè)定的土層壓力時(shí)，就會(huì)造成盾構(gòu)地面出現(xiàn)隆起情況，反之則會(huì)出現(xiàn)沉降情況，當(dāng)這個(gè)情況嚴(yán)重時(shí)直接造成地面坍塌。所以掘進(jìn)過程中要準(zhǔn)確掌握土層壓力。

2.2.3 推進(jìn)過程因素

此種地層在施工試掘進(jìn)時(shí)，推進(jìn)壓力逐步調(diào)試，上下分區(qū)調(diào)整不均勻，如因姿態(tài)調(diào)整，上部推力過大，盾構(gòu)易出現(xiàn)栽頭現(xiàn)象，管片下沉導(dǎo)致地表下沉；下部推力過大，下部超挖，地表先出新隆起后出現(xiàn)沉降；小半徑曲線掘進(jìn)，外側(cè)易超挖，導(dǎo)致沉降；地層水大，出現(xiàn)噴涌，易導(dǎo)致出渣過量，地表出現(xiàn)沉降。

2.2.4 外界原因

區(qū)間地表附近，因其它施工或行走重型設(shè)備、運(yùn)輸車，導(dǎo)致地表沉降。

2.2.5 施工原因

地鐵盾構(gòu)施工過程中，每環(huán)管片拼裝完同步注漿是一個(gè)較為重要的環(huán)節(jié)，很多時(shí)候注漿的漿液配比也會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生影響，同時(shí)在盾構(gòu)施工過程中如管片自身質(zhì)量缺陷、管片止水條脫落、管片襯背注漿不飽滿、掘進(jìn)過程中推力不均勻、管片拼裝質(zhì)量控制不嚴(yán)格、轉(zhuǎn)彎處轉(zhuǎn)彎環(huán)選型不準(zhǔn)確等原因?qū)е碌某霈F(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，同樣也會(huì)出現(xiàn)沉降問題。

2.3 地面沉降應(yīng)對(duì)措施

2.3.1 地質(zhì)原因的應(yīng)對(duì)方法

（1）布設(shè)測(cè)點(diǎn)：沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)在到達(dá)和始發(fā)50m范圍內(nèi)、曲線段和聯(lián)絡(luò)通道處每5環(huán)設(shè)一個(gè)點(diǎn)，直線段每10環(huán)設(shè)一個(gè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)在隧道底部的兩側(cè)。

（2）頻率監(jiān)測(cè)：距推進(jìn)面50環(huán)的范圍內(nèi)的測(cè)點(diǎn)，1次/d；距推進(jìn)面50～100環(huán)范圍內(nèi)的測(cè)點(diǎn)，1次/2d；距推進(jìn)面100環(huán)以上的觀測(cè)，1次/周；隧道貫通后所有測(cè)點(diǎn)30d/次，直至驗(yàn)收。

2.3.2 盾構(gòu)土壓原因的應(yīng)對(duì)方法

土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)工作原理：開挖面土體的平衡利用壓力艙內(nèi)的土壓力達(dá)成。盾構(gòu)正前方開挖面支護(hù)，其中施工的關(guān)鍵就是設(shè)定平衡壓力，因此施工過程中要根據(jù)具體情況科學(xué)合理的設(shè)定土壓力值，確保推進(jìn)坡度的平穩(wěn)，糾偏量控制時(shí)要減少土體擾動(dòng)，創(chuàng)造零號(hào)的拼裝管片的條件，依據(jù)推進(jìn)速度、出土量與地層變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)定好的土壓值與注漿量，有效控制軸線與土層變形控制。

盾構(gòu)機(jī)中央控制室內(nèi)操作司機(jī)在內(nèi)部完成各種操作，初設(shè)正面土壓力與水壓力值通過技術(shù)人員計(jì)算而得，根據(jù)埋深、性質(zhì)與地面超載計(jì)算土壓力值，計(jì)算值的1.05-1.1倍為設(shè)定值。同時(shí)盾構(gòu)司機(jī)詳細(xì)記錄顯示屏上各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，并依據(jù)人工測(cè)量、施工經(jīng)驗(yàn)值及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)資料與參數(shù)，確保推進(jìn)始終按照設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行。

2.3.3 盾構(gòu)施工原因的應(yīng)對(duì)方法

（1）應(yīng)對(duì)方案。盾構(gòu)施工中同步注漿與二次注漿最大程度減少地面沉降情況的出現(xiàn)，掘進(jìn)施工過程中要及時(shí)將足量的漿液材料填充到脫出盾構(gòu)后的襯砌背面環(huán)形空隙中。依據(jù)具體施工條件選擇合適的漿液配比與壓力等內(nèi)容，充分發(fā)揮注漿的作用。通過二次或以上注漿方式彌補(bǔ)同步注漿的不足，有效減少地表沉降出現(xiàn)概率與可能。

注漿目的：通過注漿減少地基沉降量以保證環(huán)境安全；確保管片襯砌的穩(wěn)定性與安全性；襯砌防水的初道防線確保長(zhǎng)期防水功能。

注漿方式分析：充填盾構(gòu)殼體與管片圓環(huán)間的空隙與減少后期土體變形的主要手段就是掘進(jìn)過程的同步注漿與二次注漿，也可以通過這種方式提高隧道的穩(wěn)定性，確保施工質(zhì)量。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工利用注漿方式回填管片與土體之間的空隙，利用運(yùn)漿車將漿液運(yùn)送到洞內(nèi)，同步進(jìn)行注漿與掘進(jìn)。注漿選擇是通過及時(shí)、均勻的將水泥漿液壓注其中，確保及時(shí)與足量的漿液填充；根據(jù)地層變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定漿液注漿量與注漿壓力，依據(jù)漿液凝固所需時(shí)間確定漿液配比，合理調(diào)整水泥配比。安排專業(yè)負(fù)責(zé)注漿過程中，詳細(xì)記錄注入為主、注入量與注漿壓力值，根據(jù)地層變形監(jiān)測(cè)信息及時(shí)調(diào)整注漿順序與量，提高注漿工序的施工效率與質(zhì)量。

（2）加強(qiáng)施工過程質(zhì)量控制。隧道接縫漏水造成周圍地層空隙水流失，使得土體有效應(yīng)力增加，造成地層再壓縮固結(jié)，使得地表出現(xiàn)沉降情況。所以，施工過程中控制管片接縫既能滿足功能需求，又可以有效控制地面沉降。

在管片生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的控制，并加強(qiáng)管片進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，嚴(yán)格按照施工圖紙防水要求防黏貼氯丁橡膠與遇水膨脹橡膠復(fù)合而成的彈性密封墊，并提高管片拼裝質(zhì)量，另外嵌縫防水是管片的輔助防水線。另外如已出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象則采用注漿進(jìn)行封堵。

環(huán)、縱向縫封閉采用快干高強(qiáng)度砂漿，奠定后面的灌漿基礎(chǔ)，需要注意的是，封閉過程中要確保向內(nèi)部凹進(jìn)1-2㎝的弧形；利用相關(guān)設(shè)備通過漏水縫垂直鉆孔到止水條處，每50公分間距2-3個(gè)鉆孔，與此同時(shí)加裝注漿針頭，接縫內(nèi)灌漿時(shí)利用高壓灌漿設(shè)備，通常優(yōu)先采用環(huán)氧樹脂，直到灌滿整個(gè)接縫為止。整個(gè)過程中要充分考慮實(shí)際情況，做好各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制，避免一個(gè)小問題的出現(xiàn)影響到整體質(zhì)量。

（3）控制盾構(gòu)姿態(tài)，調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，勻速掘進(jìn)，控制出渣量。最好的推進(jìn)施工是盾構(gòu)施工各項(xiàng)參數(shù)最優(yōu)化，這也是盾構(gòu)施工中控制地面沉降、保護(hù)環(huán)境的首要條件和治本辦法。要達(dá)到這一理想狀態(tài)必須對(duì)推進(jìn)中的參數(shù)即對(duì)刀盤油壓、土艙壓力、推進(jìn)速度、壓漿壓力、壓漿量、盾構(gòu)坡度、盾構(gòu)姿態(tài)及管片拼裝作分析。對(duì)隧道上復(fù)土地質(zhì)條件、地面荷載設(shè)計(jì)坡度及轉(zhuǎn)彎半徑、軸線偏差及盾構(gòu)姿態(tài)等選取合理的參量，以指導(dǎo)施工。

2.3.4 外界原因的應(yīng)對(duì)方法

首先加強(qiáng)地面測(cè)量觀測(cè)，對(duì)其施工前進(jìn)行原始取樣，通過沉降頻率及累計(jì)與其它位置對(duì)比，判斷分析地面沉降原因，采取應(yīng)對(duì)措施。其次對(duì)盾構(gòu)區(qū)間施工通行地面每天要進(jìn)行巡視，特別是對(duì)臨近有基坑開挖、鉆孔等威脅盾構(gòu)施工的要立即協(xié)調(diào)并加大監(jiān)測(cè)力度。

2.3.5 其它施工原因的應(yīng)對(duì)方法

嚴(yán)格審閱施工圖紙并按圖施工，特別圖紙指明需進(jìn)行道路、地面上建構(gòu)筑物等進(jìn)行注漿加固等措施時(shí)一定要認(rèn)真執(zhí)行。

如地面沉降達(dá)到預(yù)警值時(shí)，要嚴(yán)格按照施工組織設(shè)計(jì)及應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行有序處理，不能繼續(xù)盲目施工。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，地鐵盾構(gòu)施工中一旦遇到地面沉降情況，需要及時(shí)采取有效應(yīng)對(duì)措施。特別是當(dāng)前城市高樓林立、地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，如果不能第一時(shí)間解決地面沉降問題，將會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的后果，給民眾生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大影響。因此深入研究與分析盾構(gòu)施工地面沉降問題具有現(xiàn)實(shí)意義。

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