基于盾構(gòu)法隧道施工的地面沉降控制措施研究

朱凱

摘要：文章以某市地鐵工程的盾構(gòu)隧道施工為例，分析盾構(gòu)隧道施工中引發(fā)地面沉降的機(jī)理，從始發(fā)階段和接收階段提出防范地面沉降問題的有效控制措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法;隧道施工;地面沉降控制

1引言

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，我國的各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在如火如荼的開展，鐵路、工程工程建設(shè)和通車?yán)锍痰拇蠓仍黾右约案采w范圍的持續(xù)擴(kuò)大，同時(shí)在城市建設(shè)中也加大了對(duì)地鐵工程的建設(shè)力度。在上述工程建設(shè)中，隧道施工比較常見，且常用的先進(jìn)方法為盾構(gòu)法。但是在盾構(gòu)法隧道施工中，容易由于底層損失而導(dǎo)致地面沉降問題，從而會(huì)引發(fā)安全事故。這就需要針對(duì)具體工程并解決盾構(gòu)法施工中的土體擾動(dòng)原理法，分析對(duì)盾構(gòu)施工中地面沉降問題進(jìn)行有效控制的技術(shù)措施。

2工程概況

以某市的地鐵工程中的盾構(gòu)區(qū)間為例，盾構(gòu)區(qū)間與建筑物的距離比較近，而且此區(qū)間隧道上方還存在雨水管以及中壓天然氣管道、移動(dòng)通信信號(hào)塔和快速高架橋等市政管線。且此區(qū)間穿越地層經(jīng)過勘測(cè)之后為為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。還要建設(shè)地下一層車站，此車站的地面覆土比較淺，具有較差的地質(zhì)條件，容易在端頭井出現(xiàn)滲透問題時(shí)造成既有線癱瘓問題。

3由盾構(gòu)法隧道施工而導(dǎo)致地面沉降的機(jī)理

3.1盾構(gòu)隧道地面沉降規(guī)律

在應(yīng)用盾構(gòu)法開展隧道施工時(shí)，由于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)會(huì)引發(fā)區(qū)域性地面標(biāo)高沉降的規(guī)律就是地面沉降規(guī)律。在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生推進(jìn)壓力波動(dòng)，這就會(huì)引發(fā)盾體前的地表變形現(xiàn)象，在從開挖地面觀測(cè)點(diǎn)到開挖面觀測(cè)點(diǎn)正下方的顯著隆起現(xiàn)象，此時(shí)的開挖面土體還保持處于平衡的土壓力。而如果在盾體向前掘進(jìn)過程中出現(xiàn)剪切滑動(dòng)面，盾尾在經(jīng)過測(cè)點(diǎn)時(shí)也會(huì)引發(fā)地表沉降，加之掘進(jìn)過程中刀盤會(huì)擾動(dòng)土體，而且盾體的外徑要大于管片外徑，這就會(huì)釋放土層應(yīng)力而造成地表變形現(xiàn)象，從盾構(gòu)切口位置觀測(cè)點(diǎn)到盾尾離開測(cè)點(diǎn)之間出現(xiàn)地表沉降的問題。此外，在盾尾脫除7d之后還會(huì)出現(xiàn)后期沉降，這主要受到地層沉降時(shí)間效應(yīng)的影響。具體地說，在盾構(gòu)隧道施工中，刀盤切口沉降和盾尾脫出之后都會(huì)具有較大的沉降量，而且土倉土壓力控制刀盤切口沉降變形，在出現(xiàn)盾尾脫出之后而引發(fā)沉降問題，則需要通過盾尾間隙調(diào)整以及同步注漿的方式進(jìn)行處理。

3.2地面沉降的影響因素

正是由于盾構(gòu)隧道施工中盾構(gòu)機(jī)開挖作業(yè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)開挖面的應(yīng)力釋放現(xiàn)象，這就會(huì)導(dǎo)致地層出現(xiàn)彈性變形現(xiàn)象。此外，在隧道施工中如果出現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)背后孔隙閉合或者在開挖時(shí)周圍土體受到干擾時(shí)會(huì)涌入土倉中，這都會(huì)引發(fā)地面沉降問題。上述盾構(gòu)隧道施工中的地面沉降，主要由開挖沉降和固結(jié)沉降兩種地面沉降類型，尤其是在盾構(gòu)施工中會(huì)造成地層損失，還會(huì)出現(xiàn)土體再固結(jié)的問題，這都會(huì)引發(fā)地面沉降問題。而分析對(duì)此問題產(chǎn)生影響的因素，其主要因素是接近隧道拱頂?shù)耐翆犹匦砸蛩?，其?huì)對(duì)地表沉降的槽寬度產(chǎn)生影響。

4盾構(gòu)施工地面沉降的控制

4.1始發(fā)階段的控制

在盾構(gòu)隧道施工中的盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞階段是容易出現(xiàn)地面沉降的階段，容器在比較復(fù)雜的地質(zhì)條件下容易出現(xiàn)地下水淹沒隧道和地面坍塌等事故。因此，在此階段中，應(yīng)重點(diǎn)控制端頭井地基加固質(zhì)量以及在此接收端開展降水操作，確保此階段的安全箱。在上述加固作業(yè)中，做好對(duì)水泥用量的控制，還要在進(jìn)出洞之前開展取芯等檢驗(yàn)工作，保證加固之后的土體強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，深度也需要滿足將旋噴樁穿透的要求。

為了避免在盾構(gòu)推進(jìn)中穿越多條市政管線時(shí)出現(xiàn)沉降問題或者管線接頭斷裂問題，需要做好施工前的管線檢查以及試驗(yàn)段的推進(jìn)參數(shù)試驗(yàn)和確定工作，還要在容易出現(xiàn)沉降問題的位置設(shè)置深層觀測(cè)點(diǎn)，在掘進(jìn)作業(yè)中同步開展注漿作業(yè)并跟蹤注漿作業(yè)，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)來保證施工效果。

4.2正常階段的控制

在盾構(gòu)管片運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)之后做好管片防水面的清潔工作，在拼裝時(shí)做好對(duì)襯砌環(huán)面平整度的控制，確?？v環(huán)向間隙達(dá)標(biāo)，而且每環(huán)的盾尾清潔度達(dá)標(biāo)，控制好管片聚氨酯止水條以及遇水膨脹止水條的粘貼質(zhì)量。在完成拼裝作業(yè)之后，調(diào)整千斤頂?shù)捻斄?，控制好管片螺栓?fù)緊情況，保證環(huán)面平整度和相鄰環(huán)高差、相鄰塊管片錯(cuò)臺(tái)在4mm以下。

為了減少施工后的變形情況，需要采用設(shè)計(jì)性能達(dá)到泵送要求的漿液開展注漿作業(yè)，保證注漿強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，有效保證隧道的穩(wěn)定性。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)作業(yè)中開展同步注漿作業(yè)時(shí)，需要由專人開展管理工作并做好對(duì)注漿點(diǎn)位置的記錄。將平板車設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)最后一節(jié)車架后，確保管片在盾構(gòu)機(jī)臺(tái)車區(qū)域可以順利開展間隙二次注漿。在盾構(gòu)接收前50環(huán)需要做好對(duì)出土量、總推力等參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制，保證其符合開挖面位置的土體上浮量和穿過之后土體沉降量要求。在接收階段需要降低盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速率來減少對(duì)低層的擾動(dòng)影響，通常控制在15mm/min左右。在接收井前200m，重點(diǎn)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)倆保證其勻速前進(jìn)。并檢查每環(huán)管片的超前量，以及管片和盾構(gòu)機(jī)孔隙、區(qū)域油壓變化等。在加固區(qū)需要開展壁厚二次注漿作業(yè)，通過襯砌管片注漿孔將漿液送入土層中，還要結(jié)合探測(cè)孔情況對(duì)注漿進(jìn)行調(diào)整，避免盾構(gòu)接收后缺乏推力而引發(fā)管片向前或向下位移時(shí)的管片錯(cuò)臺(tái)問題。

5結(jié)語

在對(duì)盾構(gòu)隧道施工時(shí)引發(fā)地表沉降的規(guī)律進(jìn)行介紹之后，得知在盾構(gòu)始發(fā)和接收階段容易出現(xiàn)地表沉降問題，這就需要針對(duì)具體隧道工程的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)施工情況，重點(diǎn)做好這兩個(gè)階段的地表沉降預(yù)防和控制工作，做好接收段端頭地基加固以及掘進(jìn)中土壓、注漿量等參數(shù)控制，加強(qiáng)對(duì)施工中的監(jiān)測(cè)和調(diào)整工作，最大化降低出現(xiàn)地表沉降的概率。

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