基于盾構(gòu)法隧道施工的地面沉降控制措施探討

張秀艷

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 10000）

地鐵隧道盾構(gòu)施工因?yàn)槭堑叵鹿こ蹋┕ぶ幸自斐傻貙訐p失，造成地面沉降，通過分析盾構(gòu)法隧道施工土體擾動(dòng)機(jī)理，探討控制地表沉降的有效措施，能夠減少由于地鐵施工而造成的安全事故，這對(duì)保障施工人員的生命安全和保證施工成本及進(jìn)度具有非常重要的意義。

1 由盾構(gòu)法隧道施工而導(dǎo)致地面沉降的機(jī)理

1.1 盾構(gòu)隧道地面沉降規(guī)律

地面沉降規(guī)律就是盾構(gòu)掘進(jìn)引起的區(qū)域性地面標(biāo)高沉降規(guī)律[1]。

盾體到達(dá)前地表變形主要因盾構(gòu)推進(jìn)壓力波動(dòng)引起，自開挖地面觀測(cè)點(diǎn)到開挖面位于觀測(cè)點(diǎn)正下方產(chǎn)生的隆起顯性，開挖面土體原有土壓力保持一定的平衡。

從盾構(gòu)切口達(dá)到觀測(cè)點(diǎn)到盾尾離開測(cè)點(diǎn)這一時(shí)間段出現(xiàn)地表沉降現(xiàn)象，是由于盾體向前掘進(jìn)的過程中形成一個(gè)剪切滑動(dòng)面，盾尾通過了測(cè)點(diǎn)之后產(chǎn)生地表沉降以及掘進(jìn)過程中刀盤對(duì)土體的擾動(dòng)，是因?yàn)槎荏w的外徑比管片要大，從而造成土層應(yīng)力釋放，最終引起地表變形。

后期沉降其實(shí)可以說是盾尾脫除7d 后出現(xiàn)的地表沉降現(xiàn)象，其表現(xiàn)了地層沉降的時(shí)間效應(yīng)，盾構(gòu)法施工中刀盤切口沉降及盾尾脫出后的沉降量較大，刀盤切口沉降變形控制要素是土倉上壓力，要想控制脫出盾尾后沉降的現(xiàn)象，那么就要做好盾尾間隙及時(shí)同步注漿的工作。

1.2 地面沉降的影響因素

盾構(gòu)隧道施工產(chǎn)生地面沉降機(jī)理是開挖面應(yīng)力釋放等引起地層彈性變形，隧道施工引起地面沉降主要包括支護(hù)結(jié)構(gòu)背后孔隙閉合引起地面沉降，開挖過程中，周圍的土體受到干擾會(huì)向土倉內(nèi)涌入，進(jìn)而引起地面沉降現(xiàn)象。運(yùn)用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工時(shí)引起的地面沉降，可以說主要是由開挖沉降和固結(jié)沉降造成的，盾構(gòu)施工時(shí)有時(shí)會(huì)導(dǎo)致地層損失的情況，從而讓土體再固結(jié)，這是出現(xiàn)地面沉降情況的根本原因。

影響地層沉降大小的因素分為內(nèi)、外因素，最接近隧道拱頂?shù)耐翆犹匦允怯绊懙乇沓两挡蹖挾鹊闹饕蛩亍５孛娉两禃?huì)隨著盾體切口外徑的增大而增大，如果覆土厚度增大，地面沉降值會(huì)隨之而減小。

需注意的是，諸如盾構(gòu)施工中的糾偏、叩頭等姿態(tài)調(diào)整也會(huì)引起多余的地層損失，刀盤切口外徑與管片外徑之間也存在一定的空隙，工程中普遍采用同步注漿法減小地層損失。所以，要想使盾尾后部隧道周邊的土體能夠保持平衡，務(wù)必要及時(shí)進(jìn)行注漿。

2 工程概況

文章依托呼市地鐵2號(hào)線百合路站～新店站盾構(gòu)區(qū)間，區(qū)間結(jié)構(gòu)距建筑物較近。區(qū)間隧道上方將穿越雨水管，中壓天然氣管道，中國(guó)移動(dòng)信號(hào)塔以及快速高架橋等眾多市政管線及風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)間穿越地層主要為3-5 細(xì)砂、3-6 中砂、3-8 礫砂、3-9圓礫層等，盾構(gòu)始發(fā)約有1/2 斷面處于圓礫層。

接收端為地下一層車站，地面覆土非常淺，且接收端地質(zhì)條件差，一旦出現(xiàn)端頭井滲透會(huì)造成既有線癱瘓。區(qū)間先后經(jīng)半徑800m 曲線段、半徑600m 曲線段，而后轉(zhuǎn)直線進(jìn)入站內(nèi)。

3 盾構(gòu)施工地面沉降的控制

3.1 始發(fā)階段施工技術(shù)

盾構(gòu)進(jìn)出洞施工是地鐵施工中較大的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，盾構(gòu)在地質(zhì)條件復(fù)雜的工程中施工易造成地下水淹沒隧道，地面坍塌等事故。要想保證盾構(gòu)進(jìn)出洞安全，需要時(shí)刻注意端頭井地基加固的質(zhì)量及始發(fā)接收端進(jìn)行降水措施，其是控制盾構(gòu)進(jìn)出洞安全的關(guān)鍵，加固過程中應(yīng)該控制好水泥的用量，確保地基加固質(zhì)量。進(jìn)出洞前取芯進(jìn)行檢驗(yàn)加固土體強(qiáng)度是否滿足要求，深度穿透旋噴樁。

盾構(gòu)機(jī)是直線型鋼體，小半徑線路掘進(jìn)不能很好地與設(shè)計(jì)曲線擬合，盾構(gòu)機(jī)不斷進(jìn)行較大幅度糾偏可能導(dǎo)致管片向曲線外側(cè)偏移，引起管片橫向內(nèi)外喇叭口及縱向較大的錯(cuò)臺(tái)，管片承受千斤頂推力不均會(huì)導(dǎo)致管片破裂。地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)間隧道施工中，為確保盾構(gòu)順利穿越，在土倉內(nèi)或刀盤掌子面添加外加劑進(jìn)行改良土體，保證地層的穩(wěn)定與土倉內(nèi)環(huán)境。此外，區(qū)間沿線下穿越眾多建筑物，因此容易出現(xiàn)沉降過大的情況，進(jìn)而導(dǎo)致建筑物裂縫倒塌。為保護(hù)建筑物安全，在推進(jìn)前詳細(xì)調(diào)查建筑物的建筑結(jié)構(gòu)，埋深及隧道位置關(guān)系等?？刂贫軜?gòu)上土倉壓力控制，推進(jìn)速度，推進(jìn)完成后保壓情況及每環(huán)出土量，必要的時(shí)候從地面打孔進(jìn)行雙液注漿[2]。

由于區(qū)間沿線穿越多條市政管線，且部分管線靠近隧道，因此在盾構(gòu)推進(jìn)施工的時(shí)候，比較容易出現(xiàn)沉降大、管線接頭斷裂等現(xiàn)象，施工前進(jìn)行管線檢查，推進(jìn)試驗(yàn)段摸索推進(jìn)參數(shù)，重要管線設(shè)置深層觀測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)同步注漿及跟蹤注漿，要按照監(jiān)測(cè)情況及時(shí)對(duì)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證施工效果良好。

3.2 正常段施工技術(shù)控制

運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的盾構(gòu)管片，保證管片防水面的整潔。管片拼裝時(shí)把握好襯砌環(huán)面的平整度，嚴(yán)格保證縱環(huán)向間隙，每環(huán)要保證盾尾清潔度，和管片聚氨酯止水條以及遇水膨脹止水條的粘貼質(zhì)量控制。拼裝完成后，要對(duì)千斤頂?shù)捻斄M(jìn)行調(diào)整，以及管片螺栓復(fù)緊情況控制，此外，還需要嚴(yán)格控制好環(huán)面平整度與相鄰環(huán)高差，相鄰塊管片錯(cuò)臺(tái)應(yīng)該要＜4mm。

注漿的目的是減小施工后的變形，漿液設(shè)計(jì)性能要達(dá)到泵送的條件，注漿強(qiáng)度應(yīng)符合各種規(guī)范的要求。可硬性漿液應(yīng)用廣泛，能夠很好地維持隧道的穩(wěn)定。漿液各種材料配比根據(jù)施工要求進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，參考表1。

表1 漿液的具體配比（單位：kg／m3）

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中派專門人員管理同步注漿，認(rèn)真仔細(xì)記錄注漿點(diǎn)的位置，每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)最后一節(jié)車架后配備平板車，保證管片在盾構(gòu)機(jī)臺(tái)車區(qū)域內(nèi)能夠順利完成間歇二次注漿，加密注漿的過程中，要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工情況進(jìn)行。接收階段為盾構(gòu)接收前50 環(huán)，要想確保出土量、總推力等施工參數(shù)具備合理性，可以通過開挖面處土體的上浮量以及穿過后土體的沉降量來進(jìn)行。

盾構(gòu)機(jī)駛?cè)虢邮针A段后降低推進(jìn)速率，達(dá)到降低擾動(dòng)地層的目的。將推進(jìn)速度維持在15mm/min 左右。在盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)到接收井前200m 的時(shí)候，要注意對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整到位，這樣做的目的是保證盾構(gòu)能夠勻速且均衡地推進(jìn)。此外還需注意的是，要定時(shí)對(duì)每環(huán)管片的超前量進(jìn)行檢查，密切觀察管片與盾構(gòu)機(jī)孔隙，相對(duì)區(qū)域油壓變化，減小盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)地面的影響。

接收階段加固區(qū)內(nèi)采用水泥漿進(jìn)行壁后二次注漿，漿液通過襯砌管片注漿孔進(jìn)入土層中。依據(jù)探測(cè)孔情況適時(shí)調(diào)整注漿。近洞口處最后11 環(huán)管片用14 號(hào)槽鋼連接，防止盾構(gòu)接收后無推力，導(dǎo)致管片向前或者向下位移導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)，待后澆環(huán)梁施工完畢之后，方可將拉緊裝置進(jìn)行拆除。

4 結(jié)束語

綜上所述，文章結(jié)合盾構(gòu)施工項(xiàng)目實(shí)例，研究了盾構(gòu)法引起的地表沉降規(guī)律，盾構(gòu)始發(fā)接收過程中易造成地表沉降，應(yīng)保證盾構(gòu)始發(fā)接收段端頭井地基加固質(zhì)量，掘進(jìn)中控制好土壓，注漿量，注重渣土改良等。根據(jù)地區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)合理控制盾構(gòu)機(jī)刀盤與開口率，執(zhí)行監(jiān)測(cè)指導(dǎo)施工的原則。