盾構(gòu)隧道不均勻沉降原因分析及應(yīng)對措施研究

王澤洋，趙玉成，楊 茜，蘭慶男

(1.石家莊鐵道大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河北 石家莊 050043；2.石家莊鐵道大學(xué) 道路與鐵道工程安全保障教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北 石家莊 050043；3.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 陜西 西安 710075)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化水平不斷提高，城市人口越來越多。為了解決大中型城市的交通出行問題，越來越多的城市開始立項(xiàng)建設(shè)地鐵。2000年以前，我國僅有北京、天津、香港、上海、廣州這五座城市運(yùn)營地鐵。2000年之后，地鐵建設(shè)進(jìn)入高峰期，截止到2018年10月份，我國已有36座城市擁有地鐵，地鐵運(yùn)營里程超過5 306 km。從地鐵的運(yùn)營狀況來看，地鐵在建成之后都會(huì)出現(xiàn)大大小小的問題，其中縱向不均勻沉降現(xiàn)象最為典型，對隧道結(jié)構(gòu)的損害最大。如何能有效控制地鐵隧道的沉降和在保證地鐵正常運(yùn)營狀態(tài)下的修復(fù)、養(yǎng)護(hù)工作是運(yùn)營單位今后要面臨的挑戰(zhàn)。

1 盾構(gòu)隧道不均勻沉降案例分析

1.1 上海地鐵

自1990年上海地鐵1號(hào)線正式開工建設(shè)以來，上海軌道交通建設(shè)期已經(jīng)近30年，運(yùn)營總里程超過705 km，其中大部分是采用盾構(gòu)法施工的地下線路。上海地鐵的隧道大部分處于高含水率、高孔隙比、高靈敏度的軟弱黏土層，在此類地層中修建地鐵缺少經(jīng)驗(yàn)，地鐵建成運(yùn)營后如何控制隧道的沉降變形是非常困難的[1]。本節(jié)將上海地鐵出現(xiàn)不均勻沉降的案例及采取的措施進(jìn)行歸納整理。

(1) 上海地鐵1號(hào)線自1995年通車運(yùn)營以來，地下線路每年進(jìn)行2次沉降監(jiān)測，地上線路每年1次沉降監(jiān)測，積累了近25年的監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠反映出隧道不均勻沉降的原因及規(guī)律。地鐵1號(hào)線累計(jì)沉降曲線見圖1。

圖1上海地鐵1號(hào)錢累計(jì)沉降曲線

文獻(xiàn)[1]表明，1號(hào)線的沉降分三個(gè)階段：第一階段(1995年—2000年)沉降速率較快，約為-3.2 cm/a，這一階段的總沉降量占總體沉降比例的50%～70%，沉降以施工完成后擾動(dòng)土體的固結(jié)沉降為主；第二階段(2000年—2005年)沉降速率有減緩的趨勢，約為-2.1 cm/a，這一階段的總沉降量占總體沉降比例的35%～55%，沉降以施工完成后擾動(dòng)土體的次固結(jié)沉降為主；第三階段(2005年—2011年)沉降接近平穩(wěn)，約為-0.2 cm/a，這一階段的總沉降量占總體沉降比例的0%～10%，以區(qū)域性的沉降為主?？梢娫谲浲林械亩軜?gòu)隧道經(jīng)過十幾年的沉降變形最終是能穩(wěn)定的。

從宏觀上來看，衡山路站、黃陂南路站、人民廣場站—新閘路站是三個(gè)較大的沉降漏斗，沉降量分別達(dá)到了210 mm、130 mm、290 mm，出現(xiàn)了較大范圍的不均勻沉降。衡山路站在施工階段，由于施工客觀條件限制，車站不能滿足設(shè)計(jì)的抗浮要求，因此設(shè)置有倒濾層，由于常年排水，導(dǎo)致土體固結(jié)沉降大，產(chǎn)生了明顯的沉降漏斗[2]；黃陂南路站建成以來，周邊建設(shè)了太平洋百貨、香港廣場、新世界大廈等大型建筑，這些大型建筑的基礎(chǔ)都屬于深大基坑，基坑開挖和上層建筑的施工都會(huì)使隧道產(chǎn)生較大變形，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，黃陂南路—人民廣場站區(qū)間，差異沉降約為21 mm，對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。

(2) 上海地鐵2號(hào)線龍陽路車輛段出入庫下行線隧道泵站施工期發(fā)生較大生產(chǎn)事故，導(dǎo)致隧道大量漏水漏砂，地層產(chǎn)生較大的空洞。隧道運(yùn)營之后，由于列車的振動(dòng)和土層的固結(jié)沉降，使隧道發(fā)生較大的錯(cuò)臺(tái)變形，最大環(huán)間錯(cuò)臺(tái)達(dá)到幾厘米，最大沉降達(dá)26 cm。過大的環(huán)間錯(cuò)臺(tái)導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)受損、開裂、破壞，對隧道結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[3]。

(3) 上海地鐵某區(qū)間隧道為大直徑雙圓盾構(gòu)隧道，2009年年底通車運(yùn)營后，2010年2月發(fā)現(xiàn)隧道產(chǎn)生了較大的不均勻沉降。沉降速率為0.3 mm/d～0.4 mm/d，導(dǎo)致洞口和泵站附近隧道產(chǎn)生較大的局部沉降。經(jīng)過勘察發(fā)現(xiàn)，隧道的上下行線地層為淤泥質(zhì)黏土，盾構(gòu)隧道推進(jìn)的擾動(dòng)使得通車后的隧道產(chǎn)生長期的沉降。但是泵房附近下行線隧道沉降大于上行線，原因在于泵房施工采用凍結(jié)法，泵房施工完成后停止凍結(jié)，凍結(jié)的土體自然融化，在融化過程中產(chǎn)生收縮，從而產(chǎn)生壓密沉降，使得靠近泵房的下行線產(chǎn)生較大沉降，使得該區(qū)段隧道出現(xiàn)多處滲漏水，沉降最大處出現(xiàn)道床與管片脫開的現(xiàn)象。隨后上海地鐵運(yùn)營維保部門采取水泥漿-水玻璃漿雙液微擾動(dòng)注漿施工，通過長達(dá)1年的注漿加固，使沉降較大的隧道抬升達(dá)到15 mm，使得隧道坡度比較平均，改善了結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，使得泵房附近的下行線不再持續(xù)沉降[4]。

(4) 上海地鐵2號(hào)線東延線創(chuàng)新中路—華夏東路區(qū)間隧道為單線單洞盾構(gòu)隧道，埋深16 m。2008年12月該區(qū)間正上方地表突發(fā)大量堆土，平均堆高4 m，最高處堆高達(dá)7 m。堆載發(fā)生后，隧道出現(xiàn)明顯的收斂變形、嚴(yán)重的滲漏水和結(jié)構(gòu)損傷。拱頂出現(xiàn)了混凝土塊脫落及環(huán)向接縫張開，甚至有的螺栓發(fā)生斷裂，見圖2、圖3，拱腰處混凝土擠碎明顯，多處接縫出現(xiàn)滲漏水甚至嚴(yán)重的漏水漏砂，從監(jiān)測數(shù)數(shù)來看，隧道水平直徑最大變形超過21 cm，結(jié)構(gòu)呈橫鴨蛋變形。事故發(fā)生之后，地鐵運(yùn)營公司迅速展開病害治理，首先先卸除上部推載，采用聚氯酯和環(huán)氧及時(shí)堵漏，采用芳綸布和鋼板環(huán)對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，加強(qiáng)隧道的承載力[5]。整個(gè)隧道的維修加固歷時(shí)8 a，可見，一次災(zāi)害的發(fā)生對隧道的結(jié)構(gòu)、后期維修都增加了很多困難。

圖2 混凝土脫落

圖3接縫張開、螺栓脫落

1.2 北京地鐵機(jī)場線

2014年8月17日，機(jī)場線司機(jī)在列車行駛途中感覺車體出現(xiàn)下沉。隨即，北京地鐵運(yùn)營公司對K4+838.4—K4+876.8里程段內(nèi)的的隧道進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)在東西線40 m的范圍內(nèi)管片出現(xiàn)多處錯(cuò)臺(tái)、滲漏水、道床剝離現(xiàn)象。T2航站樓至三元橋西線共有滲漏8處、貫穿裂縫10條、錯(cuò)臺(tái)11處，主要發(fā)生在拱頂及拱底接縫處，最大錯(cuò)臺(tái)19 mm；T2航站樓至三元橋東線共有滲漏18處、裂縫23處、錯(cuò)臺(tái)31處，主要發(fā)生在拱底附近，最大錯(cuò)臺(tái)20 mm；T2航站樓至T3航站樓區(qū)間隧道共有滲漏18處、裂縫2處、錯(cuò)臺(tái)34處，主要發(fā)生在拱腳處，最大錯(cuò)臺(tái)20 mm[6]。管片邊角壓潰見圖4。

圖4管片邊角壓潰

通過地質(zhì)勘探以及北京地區(qū)的地質(zhì)情況可知，北京地區(qū)地層主要由砂、砂卵石、圓礫及黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、粉土等組成。機(jī)場線位于北京東部，該區(qū)域地鐵所處地層為黏性土、粉土和砂層，發(fā)生局部沉降的的地鐵下部土層為粉土和粉細(xì)砂。地質(zhì)剖面圖見圖5。由于當(dāng)時(shí)處于汛期，連續(xù)的強(qiáng)降雨使得地鐵下臥土層處于飽和狀態(tài)，列車荷載作用下粉土和粉細(xì)砂發(fā)生液化流失，導(dǎo)致機(jī)場線出現(xiàn)了嚴(yán)重的縱向不均勻現(xiàn)象[7]。通過地面注漿加固、洞內(nèi)注漿堵漏、道床治理等措施，隧道結(jié)構(gòu)和道床沉降趨于穩(wěn)定[6]。這是北京地鐵第一次出現(xiàn)局部沉降事件，為以后的監(jiān)測預(yù)警與修復(fù)治理提供了經(jīng)驗(yàn)。

圖5災(zāi)害發(fā)生位置地質(zhì)剖面圖

2 盾構(gòu)隧道不均勻沉降原因分析

對于城市地鐵盾構(gòu)隧道來講，影響隧道沉降的因素有很多，在隧道的不同階段影響因素是不一樣的，本節(jié)從施工期和運(yùn)營期兩個(gè)方面來介紹盾構(gòu)隧道產(chǎn)生不均勻沉降的原因。

2.1 施工期間對隧道沉降的影響

施工期的沉降主要是由盾構(gòu)工法施工所產(chǎn)生的沉降。盾構(gòu)工法因盾構(gòu)直徑、隧道埋深和地質(zhì)狀況及各單位施工狀況的不同。引起盾構(gòu)隧道的沉降變形有以下幾個(gè)因素。

(1) 盾構(gòu)開挖對周圍土體的擾動(dòng)。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，如果推進(jìn)速度相對于出土速度比較慢，圍巖無法通過自身來維持原來的穩(wěn)定狀態(tài)，開挖掌子面前方的圍巖會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致崩塌，造成地層中土體損失，從而引起地面的沉降和管片環(huán)的沉降。

(2) 當(dāng)隧道所處地層地下水位較高而采取降水措施時(shí)，根據(jù)土力學(xué)原理，這時(shí)土顆粒之間的有效應(yīng)力增加，土體會(huì)再次進(jìn)行固結(jié)沉降，從而導(dǎo)致管片環(huán)的二次沉降[8]。

(3) 同步注漿不及時(shí)、不充分。

(4) 盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)彎、盾構(gòu)機(jī)仰頭推進(jìn)、盾尾糾偏等都會(huì)使隧道出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，加之同步注漿的不及時(shí)，使管片環(huán)在開挖初期就產(chǎn)生一定的沉降。現(xiàn)有的案例表明，地鐵運(yùn)營后，隧道超挖引起的盾構(gòu)隧道沉降會(huì)持續(xù)很長時(shí)間，對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響。

(5) 盾構(gòu)殼與地層的摩擦和剪切作用，造成土體的擾動(dòng)，使得土體在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)持續(xù)沉降。

(6) 盾構(gòu)推進(jìn)導(dǎo)致障礙物的移動(dòng)，使地層在盾構(gòu)通過后產(chǎn)生空隙引起的沉降。

盡管現(xiàn)有的盾構(gòu)技術(shù)已經(jīng)足夠成熟，大多數(shù)情況下能夠?qū)⒌貙优c隧道的變形控制在一定的范圍內(nèi)。但是當(dāng)盾構(gòu)施工工序復(fù)雜，周圍土體復(fù)雜導(dǎo)致對地層擾動(dòng)過大時(shí)，盾構(gòu)在施工階段就會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致每一環(huán)之間的差異沉降大，并且分布不規(guī)律。根據(jù)現(xiàn)有的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，盾構(gòu)推進(jìn)依然是軟土地層施工期隧道產(chǎn)生沉降的重要原因。下圖6為日本某地鐵盾構(gòu)施工過程中地面與隧道的沉降曲線。隧道埋深15 m，盾構(gòu)機(jī)為土壓平衡盾構(gòu)，外徑9.8 m，長9.115 m。圖中顯示當(dāng)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時(shí)，地表沉降跟隧道沉降都非常小，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)開始開挖工作時(shí)，隧道的沉降迅速增大，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)外殼整體經(jīng)過襯砌環(huán)時(shí)，隧道沉降達(dá)到最大，超過40 mm，盾尾通過襯砌環(huán)后，地面沉降和隧道沉降趨于穩(wěn)定，隧道的沉降大于地表的沉降，在其他的地鐵施工監(jiān)測中都有類似的曲線。

圖6盾構(gòu)施工過程中地面與隧道沉降曲線

(6) 隧道下臥土層不均一。在相同的施工條件下，在不同性質(zhì)的地層中進(jìn)行盾構(gòu)法開挖產(chǎn)生的瞬時(shí)沉降和固結(jié)沉降不同。如圖7為上海打浦路越江隧道沿軸線方向的沉降曲線圖。地鐵線路較長時(shí)，隧道的標(biāo)高往往不一致，沿線會(huì)穿越不同性質(zhì)的土層，這時(shí)隧道埋深、隧道所在土層、下臥土層的性質(zhì)都在隨時(shí)變化，這種差別會(huì)導(dǎo)致隧道在施工期就發(fā)生不均勻的沉降。軟土壓縮模量低、靈敏度高，對擾動(dòng)較為敏感，在盾構(gòu)經(jīng)過時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沉降且難以收斂；砂性土壓縮模量高、靈敏度低，擾動(dòng)產(chǎn)生的沉降小，隧道經(jīng)過這種地層時(shí)產(chǎn)生的沉降也就小。打浦路越江隧道投入運(yùn)營后，處于砂性土層的隧道總沉降只有40 mm～50 mm，而處于軟土中的隧道沉降則高達(dá)100 mm，兩者的沉降差異很大。

圖7上海打浦路越江隧道沉降曲線圖

2.2 運(yùn)營期間隧道沉降的原因

地鐵建成開始運(yùn)營后，引起隧道產(chǎn)生縱向不均沉降的因素就更多了。實(shí)際工程的施工監(jiān)測數(shù)據(jù)及竣工后的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，運(yùn)營期產(chǎn)生的沉降占隧道總沉降的很大一部分。隧道在長期運(yùn)營過程中產(chǎn)生沉降變形的影響因素主要有以下幾個(gè)方面：

(1) 地鐵所在地區(qū)地層的整體沉降。由于各種工程活動(dòng)的影響，如地下水的開采、建筑施工、各類降水等都會(huì)使地層發(fā)生整體沉降。地層沉降影響范圍和發(fā)展速率在不同空間、時(shí)間上具有很大的差異性。文獻(xiàn)[9]指出上海地區(qū)地表年平均沉降為6.4 mm，中心城區(qū)平均地面沉降則為7.6 mm，最大沉降超過10 mm。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，地層發(fā)生整體沉降的區(qū)域隧道沉降往往也比較大。

(2) 復(fù)雜的地質(zhì)條件。以上海地區(qū)為例，上海地區(qū)地表淺層為第四紀(jì)海相沉積，厚度高達(dá)200 m～300 m。地鐵車站及區(qū)間埋深為地下10 m～40 m，穿越的地層多為飽和淤泥質(zhì)黏性土層，該土層經(jīng)過擾動(dòng)后，強(qiáng)度顯著降低，固結(jié)時(shí)間長，累積變形量大。各類施工數(shù)據(jù)表明，只要對周邊土體產(chǎn)生擾動(dòng)，變形會(huì)在較長時(shí)間內(nèi)持續(xù)增加。通過分析可知飽和軟土和砂性土對隧道產(chǎn)生的威脅最大，一定要加強(qiáng)施工中的質(zhì)量控制。

(3) 列車振動(dòng)引起下臥土層的液化或振陷。飽和砂土、粉土受到列車動(dòng)荷載作用，其土體結(jié)構(gòu)喪失，強(qiáng)度下降，轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃埔后w的狀態(tài)。振陷是隧道下部土體受到列車循環(huán)荷載而產(chǎn)生的附加沉降。分析表明，隧道的防水質(zhì)量、接縫的施工質(zhì)量、列車動(dòng)荷載、行車密度、振動(dòng)頻率和地層條件等都會(huì)影響地層的振陷。在隧道建成初期，土體受到擾動(dòng)后固結(jié)沉降沒有完成，隧道在列車振動(dòng)作用下沉降的速率有加大的趨勢；隨著隧道運(yùn)營時(shí)間的增加，振動(dòng)引起隧道的沉降會(huì)逐漸減小。

(4) 施工質(zhì)量。案例2表示，凡是在施工階段發(fā)生過質(zhì)量事故或者有過對隧道擾動(dòng)較大的施工行為時(shí)，在隧道運(yùn)營后其沉降變形也會(huì)比較大。所以在施工過程中一定要注意盡量減小對地層的擾動(dòng)，提高施工質(zhì)量。當(dāng)施工某處發(fā)生較大的質(zhì)量問題時(shí)，要采取注漿等加固措施及時(shí)進(jìn)行處理，將施工質(zhì)量問題對隧道的影響減小到最小。

(5) 隧道周邊進(jìn)行的建筑加卸載施工。隨著城市的不斷發(fā)展，在既有隧道周圍會(huì)增加越來越多的高層建筑，高層建筑的基礎(chǔ)施工不可避免要進(jìn)行排水作業(yè)，一個(gè)深基坑可能要抽排上萬方的地下水，這對地層的影響是不可逆轉(zhuǎn)的[10]。施工完成后，建筑荷載所產(chǎn)生的附加應(yīng)力也會(huì)引起隧道的附加沉降；案例4表明，當(dāng)隧道上方進(jìn)行大量堆土后，會(huì)使該區(qū)域內(nèi)隧道產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)變形，堆載卸除之后，隧道仍然無法恢復(fù)到原來的狀態(tài)，修復(fù)所花費(fèi)的時(shí)間和成本都非常大，給運(yùn)營部門造成很大的麻煩。

(6) 鄰近隧道的施工。城市地鐵涉及多個(gè)地鐵車站的換乘，新建地鐵線路的建設(shè)不可避免要穿越既有線路，新線施工引起的結(jié)構(gòu)變化，地層的損失都會(huì)使既有隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差異沉降[11]。所以，在新線路施工之前必要時(shí)一定要做好地層的加固，施工過程中加強(qiáng)對既有隧道的監(jiān)測，達(dá)到預(yù)警值時(shí)及時(shí)采取措施。

(7) 隧道下臥土層的水土流失。當(dāng)隧道周圍為粉土或砂質(zhì)粉土，隧道產(chǎn)生裂隙之后，在動(dòng)水壓力作用下，土顆粒會(huì)隨水流經(jīng)管片裂隙進(jìn)入隧道，導(dǎo)致隧道周圍，尤其是下臥土層的水土不斷流失，管片結(jié)構(gòu)在自重和列車荷載作用下不斷下沉，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，也會(huì)加大隧道的縱向不均勻沉降。

(8) 特殊的地下結(jié)構(gòu)?？拷罔F端部一般會(huì)設(shè)置旁通道加強(qiáng)車站的通風(fēng)，區(qū)間中部會(huì)設(shè)置旁通道，用來在發(fā)生災(zāi)害時(shí)乘客的撤離和救援人員的進(jìn)入。由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，會(huì)采用凍結(jié)法施工，當(dāng)結(jié)構(gòu)施工完成后，地層土變得飽和，會(huì)使隧道產(chǎn)生不均勻的沉降；建設(shè)期，因施工條件不足，車站不能滿足抗浮要求，會(huì)在有的車站設(shè)置倒濾層，由于常年排水，統(tǒng)計(jì)表明，設(shè)有倒濾層的車站會(huì)產(chǎn)生較大的縱向不均勻沉降，倒濾層的設(shè)置是今后設(shè)計(jì)需要考慮的問題。

(9) 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，小曲率半徑范圍內(nèi)隧道沉降較大、道床破壞嚴(yán)重，有的小曲率半徑處的軌道已經(jīng)全部更換。所以，在設(shè)計(jì)中盡可能避免小曲率半徑，如果因?yàn)榫€路規(guī)劃不可避免會(huì)出現(xiàn)小曲率半徑，應(yīng)當(dāng)在實(shí)際施工中采取特殊的措施，如在小曲率半徑處嚴(yán)格控制注漿量，從而在源頭上進(jìn)行控制。

3 應(yīng)對措施

盾構(gòu)隧道過大的差異沉降對隧道結(jié)構(gòu)來講是巨大的威脅。由上一節(jié)的分析可知，引起隧道產(chǎn)生縱向沉降的因素有很多，本節(jié)從地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)、城市規(guī)劃與線路規(guī)劃相結(jié)合、設(shè)計(jì)、施工、周邊環(huán)境特點(diǎn)等因素出發(fā)，制定適合本地區(qū)的隧道保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為之后的新建工程提供依據(jù)，確保既有隧道的安全。

3.1 預(yù)防措施

(1) 健全本地區(qū)隧道保護(hù)的相關(guān)規(guī)范和條例。對隧道的保護(hù)不僅僅是地鐵公司、施工單位的責(zé)任，政府主管部門應(yīng)當(dāng)牽頭建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位等，組織制定本地區(qū)的隧道建設(shè)、安全保護(hù)條例。以法律的形式規(guī)范地鐵鄰近相關(guān)工程的建設(shè)與施工[12]。

(2) 制定科學(xué)的安全保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[13]。地鐵隧道一般由引道段、暗挖段、隧道段等幾部分組成，由于其結(jié)構(gòu)形式的不同，各區(qū)段的安全保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)也不同。在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)各部分的結(jié)構(gòu)形式、埋深、施工特點(diǎn)等，針對不同情況下、不同新建構(gòu)筑物進(jìn)行分析計(jì)算，再根據(jù)隧道現(xiàn)狀、隧道運(yùn)營安全要求，結(jié)合現(xiàn)有的工程案例進(jìn)行綜合分析。

(3) 對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期的健康評估。對隧道進(jìn)行定期的檢查，能夠及時(shí)反應(yīng)隧道的養(yǎng)護(hù)狀態(tài)，能夠反映隧道對新建工程的承受能力。任何一種附加影響都會(huì)對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生或大或小的削弱，我們要做的是將影響控制在隧道結(jié)構(gòu)正常使用的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)安全與新建工程的雙贏結(jié)果。如果只是單純套用標(biāo)準(zhǔn)，而不結(jié)合隧道的實(shí)際情況，將可能會(huì)造成土地資源的浪費(fèi)，或者其他嚴(yán)重的后果。

(4) 優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工方案。地鐵作為百年大計(jì)工程，應(yīng)當(dāng)與城市的中長期規(guī)劃相結(jié)合，地鐵線路的規(guī)劃應(yīng)根據(jù)地下管線、地下構(gòu)筑物、工程地質(zhì)、城市的水文地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)類型、施工方法等因素，并經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較確定。

在比較復(fù)雜的工況條件下，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)勘探，根據(jù)特殊的地層，制定特殊的隧道結(jié)構(gòu)和施工方案，并做好充分的方案論證。在上部荷載、地層發(fā)生突變的部位，通過設(shè)置合理的變形縫來減少隧道的差異沉降。

當(dāng)盾構(gòu)隧道穿越既有隧道時(shí)，要求既有線路變形在5 mm之內(nèi)，難度很大。施工中需采取以下措施：

① 在進(jìn)行隧道穿越施工前，一定要進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)試推或者模擬推進(jìn)，優(yōu)化施工參數(shù)(盾構(gòu)平衡壓力、推進(jìn)速度、出土速度等)，將盾構(gòu)施工對環(huán)境的影響減小到最小。

② 信息化施工。在穿越過程中，監(jiān)測系統(tǒng)和信號(hào)傳遞系統(tǒng)應(yīng)采取實(shí)時(shí)采集和傳輸，使得施工技術(shù)人員能夠?qū)崟r(shí)了解到運(yùn)營隧道的沉降變形，不斷調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)各項(xiàng)參數(shù)。

③ 下穿既有隧道可能會(huì)引起既有隧道的隆起，為控制隧道隆起，可在軌枕下側(cè)采用鋼砂進(jìn)行加載，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行壓載重量的量化分析。

④ 二次注漿。數(shù)據(jù)表明，盾構(gòu)穿越結(jié)束初期，既有線路沉降較快，對既有隧道頂部和下部進(jìn)行二次注漿，可減緩既有線路的沉降，持續(xù)的注漿會(huì)使隧道逐步穩(wěn)定，甚至使下沉的隧道上抬。最后采用置換注漿、土體加固等方式，使運(yùn)營地鐵線路達(dá)到最終穩(wěn)定。

(5) 采用數(shù)字化技術(shù)建立隧道全壽命周期管理系統(tǒng)[14]。

3.2 治理措施

結(jié)合盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，從以下幾個(gè)方面來闡述隧道病害的治理措施。

(1) 微擾動(dòng)雙液注漿法。對于治理隧道沉降，經(jīng)過科研工作者的努力，總結(jié)出了微擾動(dòng)雙液注漿工藝[15]。微擾動(dòng)雙液注漿法是根據(jù)隧道的預(yù)測曲線進(jìn)行分區(qū)分階段的注漿措施，在隧道縱向注漿實(shí)施少量多次的注漿，從而實(shí)現(xiàn)隧道抬升和穩(wěn)固地層的作用。

(2) 采用聚氨酯和環(huán)氧樹脂材料堵漏。隧道接縫處的滲漏主要為接縫處滲水，隧道壁后注入聚氨酯材料，聚氨酯遇水發(fā)泡，在隧道外壁形成一層隔水膜，阻止水流通過接縫進(jìn)入隧道。當(dāng)隧道滲漏過于嚴(yán)重或堵漏效果不明顯時(shí)，可在隧道接縫處進(jìn)行隔斷密封注漿。在隧道封頂塊，宜采用剛性環(huán)氧樹脂材料，在封頂塊以下，宜采用彈性環(huán)氧樹脂材料。

(3) 加固措施。隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或混凝土破碎時(shí)，要采取一定的加固措施。加固分為地層加固和隧道結(jié)構(gòu)加固。通過洞內(nèi)注漿加固和地面注漿加固能夠穩(wěn)固隧道結(jié)構(gòu)周邊的地層，為下一步的鋼板加固創(chuàng)造條件。洞內(nèi)加固主要有張貼芳綸布加固和鋼板環(huán)加固[15]。芳綸布斷裂強(qiáng)度極高，在洞內(nèi)裂縫較大部位，采用剛性材料張貼，能夠阻止裂縫進(jìn)一步發(fā)展，隨后在盾構(gòu)環(huán)內(nèi)采用鋼板加固，增強(qiáng)已變形隧道的承載能力，能夠起到很好的效果。

4 結(jié) 語

本文通過分析上海地鐵和北京地鐵出現(xiàn)的縱向不均勻沉降的案例，得出如下結(jié)論：

(1) 下臥土層的不均一是隧道產(chǎn)生不均勻沉降的最根本的原因。

(2) 隧道上方的新建工程是使隧道產(chǎn)生沉降的重要因素。因此，在隧道安全界限內(nèi)進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃，一定要做好評估，避免對隧道產(chǎn)生不可逆的影響。

(3) 城市地鐵盾構(gòu)隧道的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工一定要遵循“事前考慮、事中控制、事后監(jiān)測”的原則，保證隧道結(jié)構(gòu)的安全。

(4) 應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)基于GIS和BIM等數(shù)字化技術(shù)在隧道全壽命周期管理的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)隧道在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)各個(gè)階段的監(jiān)測，真正實(shí)現(xiàn)隧道的可視化、信息化。