地鐵盾構(gòu)施工中地面沉降原因分析及應(yīng)對

謝曉亮

摘要：隨著我國現(xiàn)代化城市建設(shè)的推進(jìn)，地鐵規(guī)模不斷擴(kuò)大，對施工技術(shù)也提出更高的要求。目前地鐵施工中普遍使用盾構(gòu)法，這種方法可以提高施工效率，改善傳統(tǒng)暗挖法的不足。但施工過程中也會出現(xiàn)沉降等問題，影響到施工安全與進(jìn)度，需要查明原因采取有效的解決措施。本文就此展開了論述，以供參閱。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)；工程施工；地面沉降

地下鐵路是現(xiàn)代城市交通體系重要的組成部分，在城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民生活水平方面發(fā)揮了重要作用。由于地鐵主要設(shè)施位于地面以下，使得地下施工成為地鐵建設(shè)工程的主體。在地鐵地下施工過程中，地面沉降、塌陷和開裂等問題時(shí)有發(fā)生，不僅造成城市環(huán)境破壞，也給地鐵工程自身帶來巨大安全隱患。在地鐵工程中，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)施工往往會引發(fā)地表沉降現(xiàn)象，針對地鐵盾構(gòu)施工地表沉降問題進(jìn)行深入研究，制定安全防范措施，對應(yīng)數(shù)量和規(guī)模不斷呈現(xiàn)上升趨勢的地鐵工程來說無疑是十分重要的。

1地鐵施工的沉降現(xiàn)象

盾構(gòu)施工過程中，地表沉降具有橫向和縱向兩種表現(xiàn)形式。縱向的地表沉降又可分為先行沉降、開挖前沉降、盾尾沉降、盾尾空隙沉降以及后續(xù)沉降等。引起地面沉降的原因是多樣化的，包括盾構(gòu)施工掘進(jìn)造成地面損失引發(fā)的沉降；盾構(gòu)施工引起地下水流失造成的地下水位降低，引發(fā)了地層的固結(jié)沉降。盾構(gòu)施工中存在的地質(zhì)資料與建筑物基礎(chǔ)資料與實(shí)際狀況不符，造成施工措施不當(dāng)引發(fā)建筑物開裂。盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)的變形以及地層原始應(yīng)力的改變等。

2地鐵施工中地面沉降的原因

（1）人的原因。地鐵盾構(gòu)質(zhì)量問題、安全問題出現(xiàn)的主要原因就是人，人員的違規(guī)操作或其它行為直接誘發(fā)安全質(zhì)量問題。施工過程中少數(shù)施工人員為了方便，未按照施工規(guī)范操作或是省略部分環(huán)解，無視安全管理。人員作為地鐵盾構(gòu)施工的主要組成部分，做好相關(guān)控制工作具有現(xiàn)實(shí)意義。（2）設(shè)備因素。地鐵施工企業(yè)主要是依靠各種先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行工作。因?yàn)楹芏嘣O(shè)備都容易對人體造成傷害，不能直接進(jìn)行控制，所以要利用各種設(shè)備進(jìn)行操控。如果地鐵施工過程中，設(shè)備出現(xiàn)問題，使施工不能順利進(jìn)行，或發(fā)生一些意外反應(yīng)，就會導(dǎo)致施工質(zhì)量要求達(dá)不到；嚴(yán)重者，如機(jī)器設(shè)備存在安全問題，或者設(shè)計(jì)不當(dāng)、或者質(zhì)量不足、材料選擇欠佳，就會造成嚴(yán)重的人身財(cái)產(chǎn)安全問題。（3）材料因素。目前在許多施工項(xiàng)目中，由于管理制度的問題，導(dǎo)致監(jiān)管人員不負(fù)責(zé)任，對進(jìn)入施工現(xiàn)場的材料沒有經(jīng)過嚴(yán)格的檢測，導(dǎo)致材料的質(zhì)量嚴(yán)重下降，嚴(yán)重影響工程整體的施工質(zhì)量。即便對于檢測合格的施工材料，由于管理制度的不完善，導(dǎo)致后期的存儲以及施工未按照嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，影響項(xiàng)目最終的施工質(zhì)量，還加大了施工成本，加劇了施工中的浪費(fèi)現(xiàn)象。

3地鐵施工地面沉降應(yīng)對措施

3.1注漿控制措施

注漿的控制在地表沉降的控制中非常重要，它是減少頂管結(jié)構(gòu)與周圍土體的摩擦力、彌補(bǔ)隧道施工造成的地層損失的非常重要的措施，注漿的材料屬性、注漿壓力以及注漿是否及時(shí)都影響到地表沉降的大小。注漿的材料屬性要符合設(shè)計(jì)要求，還需要根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行調(diào)整。在具體施工中中，選取頂管管節(jié)外一層間隙土來模擬地層損失以及之后填補(bǔ)的注漿，起到了很好的模擬效果，其中選擇合理的間隙土厚度寄注漿材料的屬性非常重要。要選擇合理的膨潤土、純堿等材料進(jìn)行合理配比。應(yīng)選擇合理的注漿壓力與注入時(shí)間。壓力過小，無法有效彌補(bǔ)地層損失造成的地表沉降，壓力過大，可能造成泄漏以及地表不合理的隆起等情況。

3.2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)對土層擾動最小、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。

3.3頂推力控制措施

頂推力是整個(gè)頂管結(jié)構(gòu)在隧道內(nèi)前進(jìn)的動力，為了突破頂管結(jié)構(gòu)在前進(jìn)中的各種附力，頂推力需要大于各種側(cè)摩阻力，而乂不能使側(cè)摩阻力引起的地表沉降增加，同時(shí)，頂推力不當(dāng)也會引起地表的不同程度的沉降或者隆起。在其他參數(shù)不變的情況下，由選取的初始頂推力過大，且隨著之后推力的遞增，就會出現(xiàn)異常的隆起，不符合實(shí)際規(guī)律，因此，要合理的控制頂推力的大小、方向以及增大規(guī)律，以免出現(xiàn)不合理的計(jì)算結(jié)果。在實(shí)際的施工中，需要根據(jù)千斤頂?shù)淖畲箜斖屏绊敼芙Y(jié)構(gòu)通過的土層的參數(shù)決定合適的起始推力數(shù)據(jù)，推力過大，會引起土倉壓力值過大、土體隆起等事故，推力過小，可能引起頂管結(jié)構(gòu)無法正常前進(jìn)甚至后退，引起開挖面坍塌等工程事故。在實(shí)際施工中，千斤頂?shù)耐屏σ矐?yīng)根據(jù)實(shí)際情況變化。

3.4管片拼接技術(shù)

管片拼接質(zhì)量對整個(gè)掘進(jìn)質(zhì)量有決定性的作用。管片通常在盾殼內(nèi)部完成拼接過程。目前使用的盾構(gòu)機(jī)管片有鋼管片、鋼筋混凝土管片、球墨鑄鐵管片以及復(fù)合管片等，并且隧道的每環(huán)均由大量的零碎管片共同構(gòu)成。根據(jù)實(shí)際工程情況，拼裝方式的選擇會有所不同，例如，使用環(huán)管片以縱縫對齊方式進(jìn)行拼裝，可以快速完成管片定位，保證縱向螺栓方便地通過，并且顯著提高施工效率。

3.5施工中的安全對策措施

施工過程中穿越沉降敏感地區(qū)或是地下水區(qū)域較大的地區(qū)應(yīng)采用全土壓掘進(jìn)方式；在通過建筑物時(shí)應(yīng)保持連續(xù)的掘進(jìn)，避免停機(jī)；具體的掘進(jìn)過程中應(yīng)控制好盾構(gòu)的姿勢，避免由于偏差的糾正而造成超挖現(xiàn)象；注重同步注漿和二次注漿，保證管片與地層之間間隙密實(shí)；盾構(gòu)機(jī)施工中應(yīng)采取耐磨性高的刀具，從而減少換刀的次數(shù)，確定合理的換刀計(jì)劃，預(yù)先在建筑物前換刀工作，避免盾構(gòu)在建筑物下方停留；實(shí)現(xiàn)對襯砌拼裝的偏差控制，有效減少后期的沉降，同時(shí)在掘進(jìn)過程中應(yīng)建立良好的施工監(jiān)測體系，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場問題的及時(shí)反饋，從而實(shí)現(xiàn)對地面沉降狀況的及時(shí)掌控，建立安全的地鐵施工體系。

4結(jié)束語

總之，地鐵施工是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，與社會的穩(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。如何通過盾構(gòu)法減少地面沉降問題，是地鐵施工的重點(diǎn)，需要相關(guān)人員高度重視，合理開展盾構(gòu)施工。

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（作者單位：中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司）