探究城市地鐵隧道施工引起的地面沉降及應(yīng)對(duì)舉措

■李 鵬 ■江西省撫州市宜黃縣公路分局，江西 撫州 344400

城市地鐵隧道施工技術(shù)中，全斷面明挖的成本高、對(duì)交通影響大，因此基本上不被采用，暗挖成為廣泛選用的方式。但不論采用人工開(kāi)挖、盾構(gòu)、TBM等哪種方式，都會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生影響，最直觀(guān)的就是地表沉降。地表沉降的出現(xiàn)會(huì)加劇施工的危險(xiǎn)性，因此必須采取措施進(jìn)行及時(shí)的控制。以下從施工實(shí)踐出發(fā)，介紹了不同的防治措施。

1 城市地鐵隧道施工對(duì)環(huán)境的影響

1．1 施工附近應(yīng)力對(duì)環(huán)境的影響

以施工推進(jìn)的前進(jìn)方向作為X軸，垂直方向作為Y軸，鉛垂方向作為Z軸，就能夠直觀(guān)表現(xiàn)出施工推進(jìn)對(duì)于土體的影響。具體來(lái)說(shuō)，在X軸方向上，施工位于管線(xiàn)上下或者周?chē)袠?gòu)筑物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生撓曲變形;在Y軸方向上，會(huì)因?yàn)榍斑M(jìn)方向和側(cè)向產(chǎn)生的附加應(yīng)力對(duì)周?chē)鷺?gòu)筑物產(chǎn)生影響;在Z軸方向上，則主要會(huì)產(chǎn)生地面的隆起或沉降。除此之外，由于土體自身性質(zhì)，容易使前進(jìn)方向的土體塑性發(fā)展，從而導(dǎo)致剪切破壞。

1．2 施工對(duì)排水的影響

地鐵隧道施工過(guò)程中會(huì)不可避免的穿過(guò)一些含水量較高的地層，因此也會(huì)對(duì)地下水體產(chǎn)生影響。具體來(lái)說(shuō)，會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖范圍內(nèi)的水體水位線(xiàn)下降，同時(shí)影響周?chē)乃w水位下降，在隧道附近則會(huì)形成水位凹槽。在此基礎(chǔ)上，水位下降會(huì)引起水壓下降，進(jìn)而使土體之間的應(yīng)力增加，最低導(dǎo)致地面的沉降。

2 城市地鐵隧道施工引起的地面沉降

隧道施工過(guò)程中，對(duì)土體的擾動(dòng)是產(chǎn)生沉降的主要原因。以盾構(gòu)施工為例，盾構(gòu)在推進(jìn)過(guò)程中引起的沉降可以分為5個(gè)部分:第一，盾構(gòu)達(dá)到前發(fā)生的沉降，占總量的0% ～4．5%;第二，盾構(gòu)到達(dá)時(shí)發(fā)生的沉降，占0% ～44%;第三，盾構(gòu)通過(guò)時(shí)發(fā)生的沉降，占0% ～38%;第四，盾構(gòu)通過(guò)后發(fā)生的沉降，占20% ～100%;第五，地表的固結(jié)沉降，占4%～32%。其中前四種沉降能夠通過(guò)一定的措施進(jìn)行補(bǔ)救，使沉降量減小甚至消失，但最終的沉降量是一定會(huì)存在的。

從另一個(gè)角度分析，剪切變形、固結(jié)變形、壓縮變形是引起沉降發(fā)生的主要原因，因此在分析時(shí)必須關(guān)注地層的擾動(dòng)、壓密、剪切應(yīng)變等現(xiàn)象。實(shí)踐證明，盾構(gòu)導(dǎo)致的地表沉降和擾動(dòng)范圍具有線(xiàn)性關(guān)系，同時(shí)和盾構(gòu)的推進(jìn)速度、注漿時(shí)間、回填率、隧道直徑、土層性質(zhì)等有關(guān)。

3 地面沉降的應(yīng)對(duì)措施

3．1 管棚施工引起的沉降控制措施

第一，施工過(guò)程中使用大管棚，在拱部采用雙層管棚、兩側(cè)邊墻采用單層管棚。在洞口的管棚一端設(shè)置導(dǎo)向墻，用來(lái)支撐樁基，同時(shí)樁基要伸入基巖。如此一來(lái)，管棚的兩端分別支撐圍巖和導(dǎo)向墻，起到縱梁的效果，從而控制隧道周邊的地層變形和沉降。第二，控制鉆進(jìn)速度，盡量保持低速鉆進(jìn)，可以使用拉管機(jī)拉回鉆管后進(jìn)行注漿，固結(jié)后再次鉆進(jìn)。第三，如果有回填物改變了鉆桿的預(yù)設(shè)路徑，可以通過(guò)反復(fù)旋轉(zhuǎn)、進(jìn)退的方式將回填物清除。必要時(shí)可以使用氣動(dòng)潛孔錘，然后繼續(xù)鉆進(jìn)。第四，為了避免出現(xiàn)地面沉降，要確保實(shí)際出土量在理論出土量之下，同時(shí)控制水量對(duì)地層造成的擾動(dòng)。

3．2 隧道開(kāi)挖引起的沉降控制措施

第一，全斷面預(yù)注漿加固。隧道施工中為了防止出現(xiàn)地下水流失、地表下沉，從而保證施工的安全性，就要對(duì)隧道地層進(jìn)行堵水操作和注漿加固，從而控制地表的變形量。注漿操作，能夠?qū)⒔邓^(qū)的殘留水置換出去，從而起到防水、止水的效果。為了提高土體承載力，減少開(kāi)挖造成的變形，可以提高管棚的支撐作用，增加土體密實(shí)度。另外，在注漿的過(guò)程中要遵循以下幾點(diǎn)原則:一是多孔少注，通過(guò)分段注漿的形式來(lái)控制壓力;二是粉細(xì)砂、粘土等地層要使用超細(xì)水泥材料;三是粗砂、卵礫石地層要使用普通水泥漿，可以添加不收縮添加劑。第二，微臺(tái)階開(kāi)挖及時(shí)初襯加固。注漿加固施工完成后，采用六分部微臺(tái)階法進(jìn)行施工，要求人工開(kāi)挖上部分，機(jī)械開(kāi)挖下部分，在拱部預(yù)留1cm左右的沉降量。對(duì)于左右線(xiàn)隧道而言，施工時(shí)使用短進(jìn)尺進(jìn)行開(kāi)挖，能夠防止沉降量的累積，從而有效降低沉降量。另外，施工期間要在隧道上方的路面鋪設(shè)鋼板，然后將車(chē)輛速度限制在40km/h。第三，盾構(gòu)開(kāi)挖時(shí)保證推進(jìn)軸線(xiàn)和隧道軸線(xiàn)一致。軸線(xiàn)一致也就是指推進(jìn)過(guò)程中不要出現(xiàn)“仰頭”或“扣頭”現(xiàn)象，這一點(diǎn)在泥水加壓和土壓平衡盾構(gòu)中很容易實(shí)現(xiàn)。具體做法是在推進(jìn)過(guò)程中及時(shí)糾正偏離位置，可以使用激光進(jìn)行導(dǎo)向。在人工操作時(shí)，適當(dāng)將軸線(xiàn)偏差限度縮小，從而減少對(duì)地層的擾動(dòng)。

3．3 拆除臨時(shí)支撐引起的沉降控制措施

第一，初期支護(hù)封閉成環(huán)、襯砌段加長(zhǎng)以后，開(kāi)挖面暫停施工，確保洞內(nèi)的二次襯砌作業(yè)長(zhǎng)度大于13m。第二，拆除支撐鋼架時(shí)，將拆除長(zhǎng)度控制在6m，同時(shí)綁扎好鋼筋，對(duì)隧道仰拱進(jìn)行混凝土的填充。完成后方可繼續(xù)向前拆除。第三，在拱圈內(nèi)要設(shè)置防水板，然后二次襯砌鋼筋綁扎、澆筑混凝土，將澆筑長(zhǎng)度控制在6m。第四，隧道沒(méi)有一次模筑的，洞內(nèi)穩(wěn)定性差，這時(shí)需要開(kāi)挖、襯砌相互交替才能進(jìn)行，從而確保隧道內(nèi)部的安全。

3．4 加強(qiáng)量測(cè)和監(jiān)控工作

第一，施工期間，要求全程監(jiān)測(cè)，要關(guān)注框架橋、地表管線(xiàn)的變化。一旦監(jiān)測(cè)值達(dá)到警戒線(xiàn)，就要停止開(kāi)挖，在洞內(nèi)加固支撐，確保框架橋和管線(xiàn)的安全。第二，地下管線(xiàn)測(cè)點(diǎn)布置。首先確定管線(xiàn)的位置和類(lèi)型，如果具備開(kāi)挖條件，就要開(kāi)挖暴露管線(xiàn)，并且直接在上面布置觀(guān)測(cè)點(diǎn)。不具備開(kāi)挖條件，就要在對(duì)應(yīng)的地面上設(shè)置觀(guān)測(cè)點(diǎn)。數(shù)量控制在每個(gè)管線(xiàn)上有3～5個(gè)。第三，洞周收斂測(cè)點(diǎn)布置。隧道內(nèi)部的圍巖應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，其最直觀(guān)的表現(xiàn)就是凈空收斂，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量可以推斷出隧道的穩(wěn)定程度，從而為二次襯砌提供依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)以上分析我們可以看到，地鐵隧道的施工，對(duì)周邊環(huán)境的影響除排水以外，最為明顯的就是地面沉降。雖然沉降的出現(xiàn)是在所難免的，但通過(guò)一些措施可以將沉降量控制在合理的范圍內(nèi)。本文分別從管棚加固、注漿加固、臨時(shí)支撐加固、加強(qiáng)量測(cè)和監(jiān)控等措施，闡述了地表沉降的應(yīng)對(duì)做法。科學(xué)合理的控制沉降量，能夠提高施工的安全系數(shù)，降低對(duì)環(huán)境的影響，促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)和施工技術(shù)的發(fā)展。

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