地鐵隧道盾構(gòu)法施工中的地面沉降問(wèn)題分析

邱家松

中交二航局成都城市建設(shè)工程有限公司

1 引言

隨著時(shí)代不斷發(fā)展，地鐵交通已經(jīng)成為人們出行的重要方式，相比于傳統(tǒng)方式更具有優(yōu)勢(shì)，促使人們享受便捷的服務(wù)。地鐵工程的不斷增加促使人們對(duì)其施工的安全性、穩(wěn)定性以及先進(jìn)性提出全新的要求，靈活應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的盾構(gòu)法施工，有效的解決地面沉降問(wèn)題，提升地面建筑結(jié)構(gòu)的安全性，為人們提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

2 盾構(gòu)法概述

盾構(gòu)法主要是指在施工過(guò)程中工作人員在地鐵隧道開(kāi)挖過(guò)程中靈活應(yīng)用現(xiàn)有的保護(hù)罩功能的開(kāi)挖設(shè)備，并且具備良好的襯砌，在實(shí)際的操作過(guò)程中，以設(shè)備為基礎(chǔ)開(kāi)展施工，將其作為施工的基礎(chǔ)點(diǎn)，對(duì)巖土進(jìn)行合理的切割，在施工過(guò)程中將施工產(chǎn)生的巖土碎屑及時(shí)清理，并充分發(fā)揮出襯砌的功能，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的施工。盾構(gòu)技術(shù)是現(xiàn)階段施工中的重點(diǎn)問(wèn)題，靈活利用盾構(gòu)機(jī)的優(yōu)勢(shì)開(kāi)展施工，保證隧道施工的安全性，合理開(kāi)展支撐，進(jìn)而避免在施工過(guò)程中呈現(xiàn)坍塌或者滲水情況，以提升整體的施工質(zhì)量?，F(xiàn)階段的盾構(gòu)法施工技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，在我國(guó)的地鐵隧道工程中較為常見(jiàn)，充分發(fā)揮出其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，保證施工整體質(zhì)量與效率。受盾構(gòu)法自身的性質(zhì)因素影響，在實(shí)際施工過(guò)程中，容易出現(xiàn)地面沉降問(wèn)題，因此需要工作人員進(jìn)行合理的控制，選擇更合理的盾構(gòu)機(jī)以降低其影響。盾構(gòu)機(jī)的種類(lèi)較多，不同的盾構(gòu)機(jī)呈現(xiàn)出的特點(diǎn)不同，如現(xiàn)有的部分敞開(kāi)式盾構(gòu)機(jī)以網(wǎng)格式為主，將隔板作為穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，可以合理地適應(yīng)流動(dòng)性較大并且自穩(wěn)定性較差的土層，呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，工作人員可以合理地進(jìn)行操作，降低其施工難度，通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)排出存在的障礙物，但該機(jī)構(gòu)也存在一定的缺陷，如難以適應(yīng)現(xiàn)階段較為硬質(zhì)的底層或者含沙率較高的圍巖，存在一定的施工限制。全敞開(kāi)式也是常見(jiàn)的型號(hào)，該形式構(gòu)造中主要以機(jī)械式、受掘式以及半機(jī)械式為基礎(chǔ)，該形式中主要適用于現(xiàn)階段的塊石地層、砂性土、黏性土等，具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，如便于清理障礙物、資金成本較低、工作效率較高、工作人員投入較少等，可以從整體上提升施工質(zhì)量，滿(mǎn)足現(xiàn)階段的施工要求。但該形式也存在明顯的缺點(diǎn)，如在施工中存在一定的危險(xiǎn)性，尤其是手掘式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。封閉式構(gòu)造中，其形式以泥水平衡式為主，適用于現(xiàn)階段的含地下水的松散型底層，在施工過(guò)程中可以靈活應(yīng)用自身的優(yōu)勢(shì)提升其施工質(zhì)量，調(diào)節(jié)精度較高，滿(mǎn)足現(xiàn)階段的施工要求，但其缺點(diǎn)在于施工進(jìn)度較慢。工作人員在實(shí)際的施工過(guò)程中，需要根據(jù)現(xiàn)階段的實(shí)際情況開(kāi)展施工，針對(duì)性處理，根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的型號(hào)，保證其盾構(gòu)機(jī)高質(zhì)量施工，滿(mǎn)足現(xiàn)階段的需求。

3 地鐵隧道盾構(gòu)法施工中的地面沉降原理分析

在地鐵隧道盾構(gòu)法施工過(guò)程中，由于多種因素影響，施工對(duì)周?chē)耐翆赢a(chǎn)生明顯的影響，降低整體的安全性與穩(wěn)定性，不僅影響施工質(zhì)量，還容易造成安全事故，造成地面出現(xiàn)沉降情況，影響現(xiàn)階段的施工安全性。對(duì)于現(xiàn)階段的地面沉降來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段受盾構(gòu)的影響造成的沉降類(lèi)型較多，如初始沉降、開(kāi)挖沉降、尾部沉降以及沉降固結(jié)沉降等，其產(chǎn)生的原因也存在明顯的差別，如初始沉降的原因主要是因?yàn)楝F(xiàn)階段的土體受到其擠壓造成的影響，變得更加密實(shí)，而對(duì)于現(xiàn)階段的開(kāi)挖沉降來(lái)說(shuō)，則主要是因?yàn)閴毫^(guò)大造成的影響產(chǎn)生，具體來(lái)說(shuō)其主要的原因在于以下幾方面。

3.1 開(kāi)挖隧道造成的土層損失

地鐵隧道盾構(gòu)法具有較為明顯的特性，工作人員在施工過(guò)程中受其技術(shù)的影響必然會(huì)造成隧道的實(shí)際體積與開(kāi)挖體積產(chǎn)生明顯的體積差，造成現(xiàn)階段的地層產(chǎn)生損失，并且在該施工竣工后當(dāng)彌補(bǔ)層出現(xiàn)地層偏移情況，將造成現(xiàn)階段的地面出現(xiàn)明顯的沉降情況，降低整體的安全性。以實(shí)際為例，在開(kāi)挖土體中，當(dāng)出現(xiàn)位移情況時(shí)，應(yīng)深入分析盾構(gòu)自身的因素影響，分析其側(cè)應(yīng)力與水平應(yīng)力之間存在的影響，分析產(chǎn)生的后果，尤其是因?yàn)樵撘蛩禺a(chǎn)生的

土體產(chǎn)生隆起情況，深入探索其現(xiàn)象。在現(xiàn)階段的盾構(gòu)施工后退現(xiàn)象也是影響因素，其主要的原因在于現(xiàn)階段的施工中的盾構(gòu)機(jī)會(huì)出現(xiàn)明顯的暫停情況，并且在千斤頂?shù)奈恢脮?huì)出現(xiàn)漏油情況，其主要的原因在于開(kāi)挖土體出現(xiàn)松動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)地層的損失。當(dāng)有土體擠入盾尾空隙中，將造成原漿量不足情況，難以保證其設(shè)置合理，造成現(xiàn)階段的原漿不及時(shí)問(wèn)題，甚至造成盾尾坑道土體出現(xiàn)失衡，出現(xiàn)土體的松動(dòng)，當(dāng)?shù)貙雍堪l(fā)生變化時(shí)，將增大其損失的概率。在盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中，當(dāng)其盾構(gòu)機(jī)挖掘中可能出現(xiàn)由于土體因素造成前進(jìn)方向的障礙物的位移，進(jìn)而產(chǎn)生明顯的孔隙。如果在盾構(gòu)發(fā)展中未能合理進(jìn)行填充，將造成現(xiàn)階段的地層出現(xiàn)損失，甚至在盾構(gòu)管片的拼裝過(guò)程中受到明顯的擠壓，造成明顯的變形。

3.2 受土體的固結(jié)性降低影響

在地鐵隧道盾構(gòu)法施工過(guò)程中，受盾構(gòu)自身的性質(zhì)因素影響，可能造成現(xiàn)階段的隧道周?chē)障冻霈F(xiàn)水壓力，但在發(fā)展中當(dāng)土體表面的應(yīng)力在盾構(gòu)后將造成一定的釋放，超空隙水壓力也隨著降低，周?chē)障兜乃畬⒈慌懦?，最終造成地面出現(xiàn)沉降情況。與此同時(shí)，在施工過(guò)程中，受其因素影響將造成擠壓出現(xiàn)壓力區(qū)，形成固結(jié)變形后造成沉降。

4 地鐵隧道盾構(gòu)法施工中的地面沉降影響因素分析

在地鐵隧道盾構(gòu)法施工過(guò)程中，現(xiàn)階段通常運(yùn)用美國(guó)的估算法進(jìn)行計(jì)算，針對(duì)施工過(guò)程中產(chǎn)生的地面沉降效應(yīng)開(kāi)展合理的分析，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

4.1 盾構(gòu)深埋因素的影響

對(duì)于現(xiàn)階段的地面沉降來(lái)說(shuō)，盾構(gòu)深埋的影響較大，尤其是在軟土隧道開(kāi)挖過(guò)程中，一般其盾構(gòu)的埋深大約在6m～10m，以保證其施工的合理性。在該環(huán)節(jié)中靈活應(yīng)用現(xiàn)階段的系數(shù)開(kāi)展計(jì)算，其沉降量的計(jì)算為0.976。一般盾構(gòu)半徑參數(shù)為3.2m，地層出現(xiàn)的損失通常為2%，穿越黏土層，其盾構(gòu)的埋深與寬度系數(shù)存在密切的關(guān)聯(lián)性，并受其深度因素影響而增大。

4.2 地層損傷率的影響

地層損失分析中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段在施工過(guò)程中地層損失率與地面沉降存在一定的關(guān)系，在計(jì)算過(guò)程中部分學(xué)者提出現(xiàn)有的估算法與實(shí)際的地層損失率較大的地鐵隧道盾構(gòu)法施工計(jì)算存在不合理之處，其主要的原因在于寬度系數(shù)的變化。例如，在計(jì)算過(guò)程中，將其與實(shí)際的工程相結(jié)合，地層損失率在5%以?xún)?nèi)，并取整數(shù)，將盾構(gòu)埋深10m,現(xiàn)階段的盾構(gòu)半徑與穿越土層的數(shù)值不發(fā)生改變，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段的地層損失率的寬度系數(shù)發(fā)生明顯的變化，隨著其損失率的變化起沉降量逐漸增大。

4.3 盾構(gòu)穿越土層性質(zhì)因素影響

在地鐵隧道盾構(gòu)法施工過(guò)程中，受地下土層自身的因素影響，其出現(xiàn)明顯的分類(lèi)，因此不同的軟土層隧道開(kāi)挖過(guò)程中由于其土層性質(zhì)因素影響，造成其地鐵隧道盾構(gòu)法施工中盾構(gòu)在穿越過(guò)程中引起的地面沉降存在明顯的不同。相對(duì)來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)階段的地鐵隧道盾構(gòu)中保證其施工工藝不變的情況下，砂土層的沉降槽寬系數(shù)相對(duì)較小，進(jìn)而造成的沉降較為明顯。在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)貙拥膿p失率為2%時(shí)，盾構(gòu)埋深設(shè)置為10m，并且其施工的盾構(gòu)半徑選擇3.2m,通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)二者之間的關(guān)聯(lián)，此時(shí)再分析黏土層產(chǎn)生的影響，明確沉降槽寬度系數(shù)因素造成的后果，分析粉土層砂土層沉降槽的沉降量。

4.4 盾構(gòu)半徑的因素影響

在地鐵隧道施工過(guò)程中，不同的工程其盾構(gòu)的選擇半徑也存在明顯的不同，例如在現(xiàn)階段的單圓土壓與雙圓土壓平衡盾構(gòu)半徑控制過(guò)程中，其范圍通常在6-6.5m之間，對(duì)于現(xiàn)階段的跨?；蛘呓淼朗┕み^(guò)程中，通常其盾構(gòu)半徑為會(huì)更大一些，以保證其施工有效地進(jìn)行，一般情況下在7-15m，通過(guò)假設(shè)計(jì)算，現(xiàn)階段的單圓盾構(gòu)、雙圓盾構(gòu)以及穿江盾構(gòu)在發(fā)展中，其半徑可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)，如3m,4.5m,7.5m等，其盾構(gòu)埋深為10m，地層的損失率為2%,通過(guò)合理的計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段的沉降情況與沉降面積受現(xiàn)階段的橫向沉降槽的寬度系數(shù)影響，其寬度系數(shù)越大其沉降的效果越明顯。

5 地鐵隧道盾構(gòu)法施工中的地面沉降觀測(cè)方法

5.1 觀測(cè)儀器分析

現(xiàn)階段在施工過(guò)程中，工作人員在進(jìn)行地面觀測(cè)過(guò)程中針對(duì)現(xiàn)階段的觀測(cè)儀器主要選擇精密水準(zhǔn)儀、銦鋼水準(zhǔn)尺、鋼卷尺進(jìn)行測(cè)量，沿著現(xiàn)階段建筑物表面的沉降情況開(kāi)展研究，將其誤差控制在合理的范圍中，尤其是相鄰的高度誤差，以提升整體的精確度。

5.2 進(jìn)行沉降觀測(cè)點(diǎn)布置

在實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)階段的實(shí)際情況開(kāi)展測(cè)量，在隧道的中線上方的地面布置相關(guān)的距離點(diǎn)，將其控制在5m,每間隔四個(gè)布置點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)檢測(cè)橫斷面的設(shè)置，并在其上根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置五個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，以達(dá)到觀測(cè)的目的。針對(duì)現(xiàn)階段的軟土層或者埋深較淺的區(qū)域來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)階段的實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行判斷，分析其條件因素產(chǎn)生的影響，合理設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在進(jìn)行布置過(guò)程中，如果隧道的上方路面為混凝土，工作人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中可以選擇兩個(gè)方式設(shè)置其觀測(cè)點(diǎn)，如可以在混凝土的路面設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，通常情況下可以根據(jù)路面的中線間隔一段距離設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，其觀測(cè)點(diǎn)需要布置在路面上，以保證其發(fā)揮出自身的功能，達(dá)到觀測(cè)的目的。另一種是根據(jù)實(shí)際情況在現(xiàn)階段的實(shí)際情況將其觀測(cè)點(diǎn)布置在路面以下，并且在起該觀測(cè)環(huán)節(jié)中起應(yīng)根據(jù)現(xiàn)階段的實(shí)際情況避免路面硬殼出現(xiàn)沉降測(cè)量起誤差，以避免出現(xiàn)路面空虛情況，針對(duì)現(xiàn)階段的實(shí)際情況選擇方法測(cè)量，優(yōu)化現(xiàn)階段的模式，針對(duì)現(xiàn)階段的實(shí)際情況開(kāi)展測(cè)量，以滿(mǎn)足現(xiàn)階段的發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)合理的監(jiān)測(cè)。

5.3 沉降監(jiān)測(cè)頻率分析

在進(jìn)行施工過(guò)程中，為保證其合理的控制地面沉降，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)階段的沉降觀測(cè)頻率分析，從多個(gè)角度進(jìn)行研究，明確其盾構(gòu)的實(shí)際情況，通常情況下其盾構(gòu)機(jī)頭前的10m 位置或者其后20m 的位置應(yīng)保證其進(jìn)行合理的觀測(cè)，根據(jù)實(shí)際情況開(kāi)展研究，分析現(xiàn)階段每一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的實(shí)際情況，并保證其觀測(cè)頻率合理，直到施工位置的土層頻率符合實(shí)際的要求。當(dāng)出現(xiàn)沉降異?；蛘呗∑鹎闆r時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)階段的頻率范圍開(kāi)展測(cè)量，以保證其滿(mǎn)足實(shí)際需求。

6 地鐵隧道盾構(gòu)法施工技術(shù)分析

6.1 盾構(gòu)出洞準(zhǔn)備施工技術(shù)

現(xiàn)階段在施工過(guò)程中，盾構(gòu)的出洞施工是重點(diǎn)內(nèi)容，工作人員應(yīng)加強(qiáng)重視力度，從多個(gè)角度創(chuàng)新，以現(xiàn)階段的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，明確施工其中的注意事項(xiàng)，做好施工設(shè)備與施工人員的準(zhǔn)備工作，例如各項(xiàng)材料的準(zhǔn)備去，保證后續(xù)施工的整體效率。工作人員還應(yīng)重視盾構(gòu)機(jī)的審核工作，針對(duì)出洞后進(jìn)行嚴(yán)格的審核，保證整個(gè)施工過(guò)程的安全性，滿(mǎn)足現(xiàn)階段的施工要求，為工作人員營(yíng)造優(yōu)質(zhì)的施工環(huán)境，清除施工中存在的安全隱患，提升施工質(zhì)量。做好施工的加固與檢查工作，在出洞后應(yīng)將重點(diǎn)放在土體的加固方面，保證其周?chē)姆€(wěn)定性，針對(duì)其地下管線進(jìn)行分析，避免其對(duì)施工產(chǎn)生影響。在施工過(guò)程中應(yīng)注重其升降問(wèn)題，情況分析盾構(gòu)出洞的基座位置，根據(jù)實(shí)際的情況分析該位置，做好準(zhǔn)備工作后開(kāi)展施工，盡可能保證施工的精準(zhǔn)性，達(dá)到施工目標(biāo)。針對(duì)現(xiàn)階段的盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行合理的設(shè)置，明確空間因素對(duì)施工產(chǎn)生的影響，將配套設(shè)施與盾構(gòu)機(jī)分別運(yùn)輸至施工場(chǎng)地，在場(chǎng)地上進(jìn)行組裝，保證整體的施工質(zhì)量。

6.2 地鐵盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)階段施工技術(shù)

在該施工環(huán)節(jié)中，可以將掘進(jìn)分為兩個(gè)部分，一部分為初步的掘進(jìn)試驗(yàn)環(huán)節(jié)，另一部分為正式的掘進(jìn)施工環(huán)節(jié)，工作人員在施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際的施工情況針對(duì)性處理，以保證施工質(zhì)量。例如，在工作人員嘗試掘進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)分析施工模式，明確施工方案，結(jié)合工程的實(shí)際情況開(kāi)展施工，分析現(xiàn)階段的施工理念，針對(duì)性操作，保證相關(guān)的施工數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，按照施工初始參數(shù)開(kāi)展，滿(mǎn)足現(xiàn)階段的發(fā)展需求。在施工現(xiàn)場(chǎng)如果受施工實(shí)際因素影響可能出現(xiàn)不合理情況，此時(shí)工作人員應(yīng)針對(duì)其問(wèn)題開(kāi)展分析，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)盾構(gòu)機(jī)的參數(shù)開(kāi)展適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證其始終以正確的姿勢(shì)開(kāi)展施工，以提升施工質(zhì)量。與此同時(shí)，工作人員在施工中還需要離開(kāi)靈活應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行處理，通過(guò)技術(shù)優(yōu)勢(shì)明確其設(shè)備的掘進(jìn)方向、刀盤(pán)掘進(jìn)進(jìn)度等，保證其掘進(jìn)的穩(wěn)定性。工作人員還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)施工土層進(jìn)行分析，明確現(xiàn)階段的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，針對(duì)其情況進(jìn)行處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問(wèn)題，保證施工進(jìn)度與質(zhì)量。

6.3 挖掘粉砂層階段的施工技術(shù)

受實(shí)際的施工自身性質(zhì)因素影響，在施工過(guò)程中容易受到外界因素的影響，降低施工質(zhì)量與施工效率，尤其是地質(zhì)因素，部分粉質(zhì)黏土等相關(guān)的環(huán)境更容易施工。在部分砂土層中，經(jīng)常為施工帶來(lái)一定的難度，工作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況針對(duì)現(xiàn)階段的需求選擇合理的施工技術(shù)，解決該土質(zhì)層容易出現(xiàn)的噴砂情況，全面控制土體，加強(qiáng)對(duì)土體的流動(dòng)性與止水性進(jìn)行分析，以降低其產(chǎn)生的影響，提升施工質(zhì)量。

7 結(jié)論

綜上所述，在當(dāng)前的時(shí)代背景下，地鐵工程數(shù)量增多，規(guī)模增大，促使現(xiàn)階段的盾構(gòu)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在地鐵隧道施工中，從整體上提升現(xiàn)階段的施工質(zhì)量，縮短施工工期，但其在應(yīng)用中還存在較多的問(wèn)題，應(yīng)全面深化其技術(shù)，優(yōu)化現(xiàn)有的沉降問(wèn)題，以實(shí)際的需求為基礎(chǔ)開(kāi)展測(cè)量監(jiān)督，從根本上避免其出現(xiàn)沉降問(wèn)題，提升整體的施工質(zhì)量。