城市地鐵盾構(gòu)施工引起的地表沉降分析

余長(zhǎng)江

地鐵是不同于汽車(chē)、公交車(chē)的另一種重要的交通工具，地鐵給人們的出行帶來(lái)了許多方便，城市中的地鐵施工越來(lái)越多。地鐵施工主要是通過(guò)地下作業(yè)的形式開(kāi)展，具有很高的難度，稍不留神就容易造成地層變形，引發(fā)地面沉降。盾構(gòu)法在地鐵施工中十分常見(jiàn)，具有多種優(yōu)勢(shì)。本文首先分析了地鐵隧道施工中地面沉降的原因，接著介紹了地鐵隧道盾構(gòu)法施工原理，然后探討了盾構(gòu)施工地表沉降的控制措施。

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地鐵工程成為大城市發(fā)展的標(biāo)志之一。地鐵是重要的交通工具。其工程也是難點(diǎn)。目前，地鐵施工主要采取盾構(gòu)法，該方法不僅能夠確保工程的穩(wěn)定，還可以進(jìn)行不間斷掘進(jìn)作業(yè)。盾構(gòu)法適合各類軟土地層和軟巖地層的隧道施工，在地鐵工程中十分常見(jiàn)。地鐵工程是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)的地下工程，難度系數(shù)很高，通過(guò)盾構(gòu)法施工則面臨著盾構(gòu)機(jī)體積較大而造成地表沉降問(wèn)題。因此，必須要嚴(yán)格檢測(cè)地表沉降問(wèn)題，保證工程質(zhì)量。合理采用盾構(gòu)法，確保地表沉降不能過(guò)大，需要相關(guān)人員高度重視。

地鐵隧道施工中地面沉降的原因

地層損失。出現(xiàn)地層損失主要是因?yàn)槎軜?gòu)施工必然會(huì)存在實(shí)際開(kāi)挖土體體積和竣工隧道體積的差值，這種差值的出現(xiàn)就會(huì)造成地層損失。實(shí)際開(kāi)挖土體體積之所以會(huì)與竣工隧道體積有差別，其原因就是開(kāi)挖土后勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致周?chē)馏w不斷填補(bǔ)出現(xiàn)的損失，這樣就會(huì)引起地層移動(dòng)，導(dǎo)致地面沉降。

土體擾動(dòng)后重新固結(jié)。隨著盾構(gòu)的不斷推進(jìn)，會(huì)對(duì)土體造成擠壓，而且，在壓漿的作用下，周?chē)牡貙訒?huì)形成超孔隙水壓區(qū)，其會(huì)隨著施工的推移而消散，還原，這一過(guò)程對(duì)于地層的影響很大，很容易發(fā)生排水固結(jié)，導(dǎo)致變形，形成地面沉降。簡(jiǎn)而言之，就是由于土體擾動(dòng)后重新固結(jié)等因素造成的變形和沉降，為了改變現(xiàn)狀，需要充分了解地層條件、隧道直徑等內(nèi)容，并制定完善的施工要求。

地鐵隧道盾構(gòu)法施工原理

盾構(gòu)法自誕生至今已經(jīng)有百多年的歷史。在地鐵隧道中開(kāi)展盾構(gòu)法主要就是借助盾構(gòu)進(jìn)行掩護(hù)，從而可以正常開(kāi)展地下作業(yè)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)地層開(kāi)挖等工作。盾構(gòu)法需要借助盾構(gòu)設(shè)備，因此其安裝和拆卸工作很重要。要通過(guò)不斷推進(jìn)和土體開(kāi)挖才能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)地下作業(yè)，這也是盾構(gòu)法的主要工序。

采取盾構(gòu)法時(shí)，需要結(jié)合地鐵的規(guī)劃進(jìn)行。設(shè)置盾構(gòu)機(jī)時(shí)，要用明挖法在隧道某處建造基坑，這樣才能夠進(jìn)行設(shè)備的安置。然后再向前開(kāi)挖土體，安裝盾構(gòu)反力架等設(shè)備。設(shè)置牢固的盾構(gòu)結(jié)構(gòu)主要就是為了更好地開(kāi)展地下作業(yè)，通過(guò)盾殼的掩護(hù)推進(jìn)開(kāi)挖。為了進(jìn)一步使支撐力度更加強(qiáng)大，需要利用千斤頂，在隨后的開(kāi)挖、裝配襯砌和應(yīng)對(duì)地層阻力工作中，都離不開(kāi)千斤頂?shù)淖饔茫@樣才能夠保持盾構(gòu)能夠繼續(xù)推進(jìn)。

盾構(gòu)施工地表沉降的控制措施

掘進(jìn)模式的選擇。受到地層條件的限制，掘進(jìn)模式也會(huì)有很大的不同。通常，一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)可以有三種掘進(jìn)模式，有土壓平衡、半敞開(kāi)式、敞開(kāi)式，不同模式具有不同的施工參數(shù)，這三種模式可以實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的廣泛使用。受到地質(zhì)條件的限制，需要選擇合適的掘進(jìn)模式，這樣才不會(huì)造成地表沉降。

優(yōu)化施工參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)最佳推進(jìn)方式，這種參數(shù)的優(yōu)化是不可或缺的。為了控制地表沉降。需要找到推進(jìn)時(shí)對(duì)土層擾動(dòng)最小、避免強(qiáng)度進(jìn)一步下降、避免地面突起等施工的最佳參數(shù)。盾構(gòu)的掘進(jìn)參數(shù)有土艙壓力、排土量和掘進(jìn)速度、千斤頂頂力及分布、盾構(gòu)坡度等等。這些參數(shù)不僅需要優(yōu)化，還需要注意各自的目的，既有聯(lián)系，又各自獨(dú)立，目的就是為了減少地表沉降。

在盾構(gòu)施工中盾構(gòu)機(jī)的選擇和性能很重要，為了確保土壓平衡，促進(jìn)盾構(gòu)順利推進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)可從國(guó)外引進(jìn)。為了確保施工穩(wěn)定進(jìn)行，減少地表沉降和地層變形，土倉(cāng)中充滿被切削下來(lái)的土，其所產(chǎn)生的壓力要與推進(jìn)產(chǎn)生的土壓力和水壓力平衡，從而保證地形穩(wěn)定。根據(jù)土壓力來(lái)確定其他壓力，防止因出土速度過(guò)快造成地面沉降。一般情況下要了解盾構(gòu)刀盤(pán)面的壓力值，以及開(kāi)挖面土體的壓力是否出占據(jù)主要地位。開(kāi)挖面的土體會(huì)因力度小而向后移動(dòng)，要確保土體單元的垂直應(yīng)力大于水平應(yīng)力，以確保出土速度不會(huì)太快。

盾構(gòu)在曲線上推進(jìn)及盾構(gòu)糾偏。盾構(gòu)在曲線上推進(jìn)時(shí)。需要進(jìn)行盾構(gòu)軸線的糾偏，這時(shí)候的土體沒(méi)有多余的約束力來(lái)控制盾構(gòu)的軸線，因此，盾構(gòu)做曲線推進(jìn)時(shí)一定要放慢速度，適當(dāng)進(jìn)行糾偏，減少地層損失。盾構(gòu)在推進(jìn)時(shí)會(huì)切換刀盤(pán)方向，注意切換速度，要注意轉(zhuǎn)換的時(shí)間間隔，不宜太過(guò)頻繁；及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，并盡量?jī)?yōu)化，確保盾構(gòu)機(jī)順利掘進(jìn)，而且需要有相應(yīng)的限制，一旦超過(guò)這一限制幅度，就需要進(jìn)行盾構(gòu)糾偏；盾構(gòu)曲線推進(jìn)時(shí)，需要使盾構(gòu)當(dāng)前所在位置點(diǎn)與遠(yuǎn)方點(diǎn)的連線同設(shè)計(jì)曲線相切。如果是直線推進(jìn)，就需要選擇目前存在的位置和設(shè)計(jì)線較遠(yuǎn)處作為連接的直線路線，然后再重新進(jìn)行管理；盾構(gòu)法施工最忌諱推行速度過(guò)快，或者由于某一部位的速度過(guò)快而影響整個(gè)地下作業(yè)。油缸的油壓需要高度注意，不可調(diào)節(jié)過(guò)快。調(diào)節(jié)各處千斤頂?shù)挠蛪汉屯屏狭Φ淖饔梦恢?，進(jìn)行糾偏?？傊?，糾偏工作關(guān)系到盾構(gòu)施工的質(zhì)量。更關(guān)系到地層是否會(huì)變形。

襯砌接縫防水。如果襯砌接縫漏水，那么就會(huì)造成地層的水分流失，引發(fā)地層重壓縮固結(jié)，這樣勢(shì)必會(huì)引發(fā)地表沉降。為了確保襯砌接縫具有良好的防水效果，需要采取相應(yīng)的措施。一般可采用多孔型三元乙丙彈性橡膠止水條防止漏水。受到來(lái)自千斤頂和螺栓的雙重之力影響，該防水條的縫隙會(huì)不斷被壓縮，從而起到穩(wěn)妥的防水作用。

總之，地鐵施工是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，與社會(huì)的穩(wěn)定和提高人們的生活質(zhì)量有密切的關(guān)系。隨著城市的不斷發(fā)展，地鐵工程不斷提上日程，盾構(gòu)法在地鐵施工中具有不可替代的位置。如何通過(guò)盾構(gòu)法減少地面沉降問(wèn)題，是地鐵施工的重點(diǎn)，需要相關(guān)人員高度重視，合理開(kāi)展盾構(gòu)施工。

（作者單位：中鐵上海工程局集團(tuán)有限公司城市軌道交通工程分公司）endprint