地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降處理技術(shù)研究

摘要：現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，地鐵建設(shè)作為重要的建設(shè)項(xiàng)目之一，其建設(shè)質(zhì)量受到全社會(huì)的廣泛關(guān)注。盾構(gòu)施工法在地鐵建設(shè)中的應(yīng)用比較常見，但其極易引起地層變形和地表沉降等問題，若處理不科學(xué)，極易造成巨大的安全威脅。本文以哈爾濱地鐵3號(hào)線二期工程TJ-01標(biāo)為例，對(duì)地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降處理技術(shù)進(jìn)行探究，旨在科學(xué)防范沉降問題，維護(hù)整個(gè)地鐵工程綜合效益。

Abstract： With the rapid development of modern society and economy， subway construction as one of the important construction projects， the quality of its construction has been widely concerned by the whole society. The application of shield construction method in subway construction is relatively common， but it is very easy to cause problems such as formation deformation and surface settlement. If the treatment is unscientific， it will easily cause a huge security threat. Taking the TJ-01 standard of the second phase of Harbin Metro Line 3 as an example， this paper explores the settlement treatment technology of the subway shield section construction， aiming at scientifically preventing the settlement problem and maintaining the comprehensive benefits of the entire subway project.

關(guān)鍵詞：地鐵;盾構(gòu)區(qū)間;施工沉降;處理技術(shù)

Key words： subway;shield interval;construction settlement;treatment technology

中圖分類號(hào)：U455.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）17-0148-03

0? 引言

在城市化建設(shè)過程中，必須要明確人口快速增長(zhǎng)所帶來的交通問題，通過地鐵建設(shè)來緩解交通壓力，其運(yùn)量大且速度快，能夠減少環(huán)境污染問題，因此必須要加強(qiáng)地鐵建設(shè)質(zhì)量控制。盾構(gòu)施工法的應(yīng)用過程中，往往會(huì)改變土體原狀，尤其是極易引發(fā)地表沉降，影響已有設(shè)施的正常使用，甚至?xí)?duì)社會(huì)群體的生命安全造成威脅。在此種情況下，對(duì)地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降處理技術(shù)進(jìn)行研究，具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1? 工程概況

本文以哈爾濱地鐵3號(hào)線二期工程TJ-01標(biāo)為例，對(duì)其施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。3號(hào)線為沿哈爾濱市二環(huán)所敷設(shè)的環(huán)線，二期工程起點(diǎn)里程DK10+690，終點(diǎn)里程DK42+869，全長(zhǎng)32.179km。共設(shè)置30個(gè)車站，設(shè)置31個(gè)區(qū)間，其中礦山法施工區(qū)間10個(gè)，盾構(gòu)法施工區(qū)間21個(gè)。TJ-01標(biāo)工程范圍內(nèi)區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。

2? 地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降的原因分析

2.1 土層沉降

天然土體大多為三相體系，包含礦物顆粒骨架體、孔隙水和氣體填充骨架體。飽和土的組成元素為土顆粒和水，土顆粒表現(xiàn)為粘結(jié)與非粘結(jié)狀態(tài)，但都具備荷載傳遞功能，可形成土骨架來進(jìn)行傳力。土體上的外荷載主要由是孔隙水和土骨架承擔(dān)。當(dāng)土體出現(xiàn)變形時(shí)，其孔隙流體及氣體體積減小，顆粒重新排列，骨架體也出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)?？讐毫档团c土的滲透性及其在土中位置存在一定關(guān)系。土體受到外力作用后，土粒與孔隙內(nèi)流體表現(xiàn)出位移狀態(tài)，以基礎(chǔ)為支持來將建筑物壓力傳遞至地基的過程中，或者土石方開挖導(dǎo)致土層下部失去支承的情況下，極易導(dǎo)致土體內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力變形，進(jìn)而出現(xiàn)地基或地表下沉的情況。

2.2 巖石層沉降

巖石層自身特點(diǎn)是導(dǎo)致巖石層出現(xiàn)沉降的一個(gè)重要因素，在地質(zhì)演變過程中，巖石出現(xiàn)不同程度的褶皺、裂隙和斷層等，所形成的地質(zhì)構(gòu)造差異化。地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工過程中，若地鐵隧道與褶皺走向一致，則極易出現(xiàn)巖層順層滑動(dòng)的情況。裂隙和斷層的存在，極易導(dǎo)致地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工中出現(xiàn)坍塌等事故，存在一定安全隱患。

3? 地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降機(jī)理

在地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工過程中，隨著盾構(gòu)區(qū)間施工的進(jìn)行，極易改變?cè)械貙討?yīng)力平衡狀態(tài)，應(yīng)力被釋放的情況下，地層就會(huì)出現(xiàn)變形。就地層條件來看，其是盾構(gòu)施工中地表沉降出現(xiàn)的一個(gè)重要因素，除此之外還包括開挖速度、掘進(jìn)壓力以及灌漿壓力等因素。通過工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析可知，地鐵盾構(gòu)施工過程中所引起的地表變形主要包含以下幾個(gè)方面：其一是先期變形，為盾構(gòu)到達(dá)之前。盾構(gòu)施工過程中需要排水，地下水位下降的情況下，地層孔隙水壓力發(fā)生明顯變化，這就會(huì)導(dǎo)致地表出現(xiàn)不同程度變形[1]。其二是地表變形，為盾構(gòu)到達(dá)時(shí)。盾構(gòu)掘進(jìn)施工中，于前方工作面頂進(jìn)加大壓力，土體受到強(qiáng)烈擠壓，地表隆起，而在壓力減小時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致前面土體出現(xiàn)松動(dòng)，也就會(huì)出現(xiàn)地表沉降。其三是盾構(gòu)通過時(shí)的地表變形。在盾構(gòu)施工的干擾作用下，盾構(gòu)機(jī)與土體之間存在相對(duì)位移，地層就會(huì)出現(xiàn)一定損失，兩側(cè)土體以外側(cè)為方向進(jìn)行移動(dòng)，地表變形隨之出現(xiàn)。其四是盾構(gòu)通過后的地表變形。也就是說，在盾構(gòu)機(jī)通過之后，空隙存在于盾構(gòu)機(jī)和襯砌之間，若注漿不及時(shí)或者注漿量不夠的情況下，極易導(dǎo)致地層塌落，地表沉降也隨之出現(xiàn)。

4? 地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降的處理技術(shù)

4.1 優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)

在地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工過程中，為有效處理沉降問題，必須要對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合整個(gè)地鐵工程項(xiàng)目的實(shí)際情況出發(fā)，把握其土質(zhì)特征、盾構(gòu)覆土厚度等情況，明確地下含水情況，結(jié)合以往地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，對(duì)盾構(gòu)操作工藝參數(shù)進(jìn)行初步制定，這一方面所涉及到的參數(shù)包括土壓推進(jìn)速度、注漿及二次補(bǔ)注漿壓力的次數(shù)和數(shù)量、加泥量等。在確定盾構(gòu)操作工藝參數(shù)之后，發(fā)揮測(cè)繪人員的作用，于盾構(gòu)沿線地層對(duì)永久性觀點(diǎn)進(jìn)行規(guī)范布設(shè)，以現(xiàn)代信息技術(shù)為支持進(jìn)行監(jiān)控，確保監(jiān)控的全面化和實(shí)時(shí)化，以便更好的把握地面及各個(gè)地層在盾構(gòu)掘進(jìn)階段的具體反映，并以此為依據(jù)來對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而為整個(gè)地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工的順利進(jìn)行提供可靠支持，降低沉降的發(fā)生幾率。

4.2 保證注漿效果

為確保地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降獲得一個(gè)良好的效果，在實(shí)際施工過程中，必須要控制好注漿數(shù)量，從理論上來說，空隙倍率需在1.5-1.8之間，必要情況下需要通過二次補(bǔ)注漿來達(dá)到良好的注漿效果。地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工過程中，基于盾構(gòu)常規(guī)段的實(shí)際情況出發(fā)，采取同步注漿的方式，加強(qiáng)注漿量控制，以確保滿足地面沉降的整體要求。若實(shí)際施工過程中需要穿越建筑物、構(gòu)筑物或者湖區(qū)等，則有必要采取雙控措施，就是通過注漿壓力控制和注漿量控制的協(xié)調(diào)配合，來提升漿液的整體飽滿度，以便達(dá)到良好的注漿效果。盾尾施工過程中，需要加強(qiáng)同步注漿質(zhì)量控制，確保其達(dá)到良好的密封狀態(tài)，盾尾密封過程中需調(diào)整好油脂的實(shí)際用量，堅(jiān)決不可出現(xiàn)漏水或者漏漿的情況。

應(yīng)當(dāng)注意的是，地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工過程中，為達(dá)到沉降控制具體要求，需要在常規(guī)段施工過程中保持盾尾同步注漿，對(duì)于穿越建筑物、構(gòu)筑物或者湖區(qū)的施工，需要對(duì)已完成結(jié)構(gòu)外側(cè)的二次補(bǔ)注漿進(jìn)行加強(qiáng)補(bǔ)漿，并對(duì)地面后期沉降進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而達(dá)到良好的盾構(gòu)區(qū)間施工沉降控制效果。二次補(bǔ)注漿量的控制要以注漿壓力控制為重點(diǎn)，以確?？刂频挠行?。

4.3 嚴(yán)格控制土倉壓力

地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降的處理，需要對(duì)土倉壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制。也就是說，在實(shí)際施工過程中必須要保證推進(jìn)速度的合理化與穩(wěn)定性，結(jié)合圖紙條件出發(fā)，對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)施工進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保施工質(zhì)量可靠。對(duì)于砂卵石層來說，在盾構(gòu)區(qū)間施工過程中要控制好掘進(jìn)施工速度，這與掘進(jìn)土壓波動(dòng)幅度大存在一定關(guān)系，在這一方面土壓控制也存在一定難度。在盾構(gòu)掘進(jìn)市廣播那個(gè)過程中，要掌握好推進(jìn)的速度，確保螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速適宜，并在加泥和泡沫的過程中控制好加入量，通過各個(gè)方面的協(xié)調(diào)配合，來對(duì)土倉壓力進(jìn)行科學(xué)控制，確保其處于穩(wěn)定范圍之內(nèi)[2]。土倉壓力的有效控制，需要對(duì)螺旋輸送機(jī)出土量與掘進(jìn)速度之間關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，這就必須要依據(jù)信息技術(shù)來準(zhǔn)確檢測(cè)洞內(nèi)外各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，并基于此來對(duì)土樣進(jìn)行具體分析，對(duì)圍巖變化進(jìn)行科學(xué)判斷，此種方式下可以對(duì)地層特性進(jìn)行反演，便于對(duì)土倉中設(shè)定平衡土壓力進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，為整個(gè)地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工的規(guī)范進(jìn)行提供支持。

4.4 合理的管片拼裝方式

管片拼裝是地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降控制過程中必須要重視的一個(gè)環(huán)節(jié)，必須要結(jié)合施工需求對(duì)待拼裝管片加以確定，在拼管片的同時(shí)需要將這一部位的千斤頂收起，待拼裝完成后，需令千斤頂處于頂緊的狀態(tài)，之后方可對(duì)下一管片進(jìn)行拼裝。應(yīng)當(dāng)注意的是，若盾構(gòu)處于長(zhǎng)時(shí)間停頓狀態(tài)，盾構(gòu)機(jī)自身重量和上部土體壓力往往會(huì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭產(chǎn)生作用，導(dǎo)致其出現(xiàn)下沉或者后縮的情況，前方土壓明顯降低，地面沉降隨之出現(xiàn)。針對(duì)此種情況，在地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降的處理過程中，要注意頂緊盾構(gòu)自身千斤頂，于后部襯砌或另外加設(shè)千斤頂，對(duì)盾構(gòu)下半部和后部襯砌管片進(jìn)行有效支撐，這就能夠?qū)Χ軜?gòu)機(jī)前方土壓和上方土樣進(jìn)行有效平衡，有效防范沉降問題的出現(xiàn)。

4.5 保證線性準(zhǔn)確

曲線段推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)時(shí)，盾構(gòu)環(huán)環(huán)糾偏的情況下，必須要控制好每次糾偏量，并堅(jiān)持勤糾。若存在曲線及坡度變化或者軟硬均勻度不足的問題，極易導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中出現(xiàn)偏差，這就需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行科學(xué)控制，對(duì)蛇形進(jìn)行規(guī)范糾偏修正，最大程度上避免地層損失導(dǎo)致地層變形問題的出現(xiàn)。這一環(huán)節(jié)必須要控制好管片拼裝方向，為盾構(gòu)正確掘進(jìn)提供支持條件。

4.6 開展連續(xù)施工

地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工過程中，若盾構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，則無法有效保護(hù)土倉壓力，進(jìn)而出現(xiàn)較大的地面沉降。因此在盾構(gòu)區(qū)間施工過程中，要保證施工的連續(xù)性，盡量避免非正常停機(jī)，特殊情況下停機(jī)則需要控制好停機(jī)時(shí)間，科學(xué)選擇停機(jī)位置，以便于地面監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)安全保障。地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工中必須要強(qiáng)化水玻璃、發(fā)泡劑、枕木等物質(zhì)保障，也需要強(qiáng)化設(shè)備保障，包括盾構(gòu)設(shè)備、龍門吊、充電機(jī)等，確保其性能優(yōu)良且處于待使用狀態(tài)，為整個(gè)地鐵盾構(gòu)施工的順利進(jìn)行提供支持。

5? 地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工流程及注意事項(xiàng)

在本工程項(xiàng)目中，盾構(gòu)區(qū)間施工過程中必須要做好施工籌劃，明確技術(shù)方案。本工程隧道采用復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)開展施工。地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工中，盾構(gòu)機(jī)施工流程如圖1所示。

盾構(gòu)區(qū)間施工安排方面，盾構(gòu)掘進(jìn)線路如圖2所示。在全面把握設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工環(huán)境因素進(jìn)行具體分析，擬通過兩臺(tái)EPBФ6240mm的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)來對(duì)盾構(gòu)區(qū)間進(jìn)行掘進(jìn)。

在地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工中，必須要結(jié)合實(shí)際施工需求科學(xué)選擇盾構(gòu)機(jī)型，確保其性能與地質(zhì)條件相符合，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，以便加強(qiáng)地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工質(zhì)量控制?；诠枮I地鐵3號(hào)線二期工程TJ-01標(biāo)段招標(biāo)文件和設(shè)計(jì)圖紙出發(fā)，參考盾構(gòu)工程實(shí)例及技術(shù)規(guī)范，以可靠性和適用性等為原則來對(duì)盾構(gòu)機(jī)型號(hào)加以選擇。盾構(gòu)機(jī)選型過程中隧道設(shè)計(jì)與工期要求等相關(guān)數(shù)據(jù)信息如表1所示。

盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用，必須要確保其形式與地層相適應(yīng)，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)之前必須要對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)場(chǎng)方案和吊裝方案進(jìn)行詳細(xì)制定，明確具體操作方案，并落實(shí)技術(shù)人員培訓(xùn)，以確保掛鉤、指揮、焊接等各環(huán)節(jié)人員能夠密切配合，嚴(yán)格依照安全操作規(guī)程進(jìn)行操作，以順利完成盾構(gòu)吊裝任務(wù)。對(duì)于本工程TJ-01標(biāo)來說，需明確總體部署，并做好下井前各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，包括吊機(jī)工作場(chǎng)地硬化和吊機(jī)安裝調(diào)試等，要準(zhǔn)備好相關(guān)材料、設(shè)備和工具。盾構(gòu)機(jī)下井吊裝過程如圖3所示。

盾構(gòu)機(jī)吊裝必須要掌握具體操作方法，做好盾殼焊接施工，及時(shí)將多余物件割除并打磨噴漆。盾構(gòu)掘進(jìn)以進(jìn)出洞為重點(diǎn)，這一方面要做好技術(shù)交底，全面監(jiān)控施工質(zhì)量與安全。對(duì)于本工程來說，要加強(qiáng)盾構(gòu)掘進(jìn)施工管理和設(shè)備日常維護(hù)，針對(duì)盾構(gòu)施工特殊地段穿越及特殊情況進(jìn)行有針對(duì)性處理，規(guī)范開展聯(lián)絡(luò)通道施工。

6? 結(jié)語

總而言之，地鐵工程大多處于城市繁華地段，周圍存在較多建筑物和地下管線等，一旦沉降事故發(fā)生會(huì)嚴(yán)重影響正常生活，甚至加大工程成本。地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工過程中，必須要通過有效的技術(shù)措施來處理沉降問題，以維護(hù)整個(gè)地鐵工程項(xiàng)目的綜合效益。對(duì)于哈爾濱地鐵3號(hào)線二期工程TJ-01標(biāo)來說，要做到規(guī)范施工，并結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)處理盾構(gòu)區(qū)間施工沉降，有效降低盾構(gòu)區(qū)間施工中的安全隱患，促進(jìn)盾構(gòu)區(qū)間施工任務(wù)的順利完成，以確保取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭再高，尹小波.長(zhǎng)沙地鐵3號(hào)線盾構(gòu)施工法引起的地表沉降及控制因素分析[J].河南科技，2018，633（07）：126-128.

[2]張建齊.地鐵盾構(gòu)施工對(duì)地表沉降的影響研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2018，264（18）：119.

[3]蘇國(guó)琳.地鐵盾構(gòu)區(qū)間施工沉降處理技術(shù)探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（09）.

作者簡(jiǎn)介：劉強(qiáng)（1973-），男，遼寧錦州人，工程師，盾構(gòu)公司總經(jīng)理助理，主要研究地鐵工程施工相關(guān)技術(shù)及負(fù)責(zé)項(xiàng)目管理工作。