復(fù)雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降研究

林少恒

（西安航空航投投資股份有限公司，陜西西安 710000）

伴隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化運行進程逐漸加快，不過城市交通擁堵現(xiàn)象也越來越嚴重，當(dāng)前階段，各個城市為了全面解決存在的交通擁擠現(xiàn)象建設(shè)了相應(yīng)的地鐵，通過地鐵的方式將擁堵現(xiàn)象有效解決，為人們正常出行提供一定的便利。不過從地鐵隧道工程實際施工作業(yè)開展現(xiàn)狀來看，還存在各種各樣的問題，比如受復(fù)雜地質(zhì)因素的影響增加了地表沉降出現(xiàn)概率，根本不符合城市地鐵隧道標(biāo)準(zhǔn)需求，所以就需要在開展地鐵隧道施工作業(yè)的過程中全面分析和判斷影響地表沉降的相關(guān)因素，分析形成地表沉降的主要原因，在掌握地鐵隧道工程特征以及實際開展情況和地質(zhì)水文條件的基礎(chǔ)上落實健全的隧道地表沉降施工計劃，增強地鐵隧道施工質(zhì)量，促使地鐵隧道施工作業(yè)全面開展。

1 復(fù)雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降存在的問題

以某項區(qū)域內(nèi)的地鐵隧道施工舉例說明，該項工程項目條件極為復(fù)雜，處于街道交叉口位置，工程整體長度為224.20m，地下車站是雙層島式隧道寬度為21.60m。本文結(jié)合相關(guān)地鐵隧道施工案例，全面闡述了該項工程地表沉降期間存在的一系列問題，具體如下所示。

1.1 土地固結(jié)壓現(xiàn)象

當(dāng)前階段，當(dāng)實施城市地鐵隧道施工作業(yè)的過程中，因為周圍地質(zhì)環(huán)境具備一定的復(fù)雜性和煩瑣性，因此面臨著嚴重的固結(jié)壓現(xiàn)象。所謂固結(jié)壓式，主要是指主體施工期間應(yīng)用相關(guān)機械設(shè)備實施施工開挖作業(yè)引起了相應(yīng)的松動現(xiàn)象，使土體空隙水壓基于環(huán)境作用一樣逐漸消失，蓬松的土體空隙揭示隧道土地結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，當(dāng)這些問題沒有得到全面解決的話，將難以確保城市地鐵隧道工程施工的安全性和穩(wěn)定性，甚至嚴重的情況下形成地表沉降問題，在地鐵隧道實際施工作業(yè)開展期間，大多數(shù)工程都是處于地下進行的施工中以盾構(gòu)施工方式為主，施工單位將大量的機械設(shè)備融合其中，因此在被挖洞和機械設(shè)備對土體作用下，將導(dǎo)致土體整體結(jié)構(gòu)受到影響，原有的土體松散地鐵隧道施工穩(wěn)定性下降，面對于固結(jié)壓密和變形狀態(tài)，主要是原有土地結(jié)構(gòu)揭示堅硬引起的土地沉降，施工期間機械會挖動土層原本堅固的土體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變，削弱了土體的整體結(jié)構(gòu)，最終發(fā)現(xiàn)土體推移和變形現(xiàn)象。地鐵隧道工程在各項因素影響之下形成地表上建筑物的安全隱患。

1.2 群洞隧道過于復(fù)雜而形成的沉降問題

從目前城市地鐵隧道施工作業(yè)實際開展情況來看，隧道施工和開挖面臨著地下洞室現(xiàn)象，基于此，需要制定出合理的施工方案，防止地鐵體表沉降，地鐵施工單位在開發(fā)期間，經(jīng)常遇到地表沉降和圍巖應(yīng)力重新分布的現(xiàn)象，通過對土層作用狀態(tài)進行合理計算，選擇與之相符的開發(fā)設(shè)計體系，從而保證嚴懲工程施工的穩(wěn)定性，避免沉降發(fā)生的可能，為后期地鐵工程施工方案的落實和施工工序的優(yōu)化提供了良好的參考依據(jù)。

1.3 地表沉降槽系數(shù)變化引起的問題

在城市地鐵隧道工程施工作業(yè)開展期間，如果出現(xiàn)了地表沉降潮的話，將會使槽潮系數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而引起了地表沉降問題的發(fā)生。通過相關(guān)探究來看，盾構(gòu)埋深程度和工程盾構(gòu)半徑?jīng)Q定了地鐵隧道施工作業(yè)進程，其中盾構(gòu)埋深表現(xiàn)為隧道施工的實際深度，在地鐵隧道施工遇到盾構(gòu)深度和地面實際情況不一致的情況下，將會使車槽系數(shù)發(fā)生改變，地鐵隧道地表沉降在地表沉降潮系數(shù)和地表沉降程度變化以后盾構(gòu)施工深度變淺地表系數(shù)下降，地表沉降伴隨著沉降潮減少而隨之增加，根本不符合地鐵隧道工程穩(wěn)定性的基本要求。

2 基本對策的落實

2.1 對地表隧道施工工程加以規(guī)范

當(dāng)開展城市地鐵隧道施工作業(yè)的過程中，為了規(guī)避地表沉降問題的形成，對于施工企業(yè)來講，需要依照復(fù)雜地質(zhì)條件特征制定出最佳的隧道施工方案。①明確具體的隧道施工開挖流程，加固導(dǎo)洞，完成加固工作以后進行隧道開挖處理，強化地鐵隧道施工的穩(wěn)定性，在隧道施工前期階段中可以判斷出隧道施工引起的地表沉降現(xiàn)象，合理模擬隧道的支護力學(xué)效應(yīng)，根據(jù)二維接觸單元研究錨桿的受力情況落實最佳的隧道施工方案，保持隧道受力分布和現(xiàn)場實驗規(guī)律一致性，為地鐵隧道安全施工奠定堅實的基礎(chǔ)；②在開展數(shù)值模擬和理性模擬實驗工作期間，隧道施工單位應(yīng)當(dāng)分析管道的影響因素，確定地面沉降控制參數(shù)，在監(jiān)測施工方案和控制數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上保證離心試驗和現(xiàn)場測試反應(yīng)相同。這樣的話有利于保障施工階段管道更加安全，規(guī)避了地表沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.2 進行測點布置

（1）在布置測點的過程中，需要從監(jiān)測對象的變形特點入手，做好測點保護工作，避免埋設(shè)點影響到結(jié)構(gòu)受力性能的體現(xiàn)，強化結(jié)構(gòu)質(zhì)量。當(dāng)實施內(nèi)容檢測的過程中，需要加深空間以及時間之間的結(jié)合程度，遵循標(biāo)準(zhǔn)要求對測點進行合理布設(shè)，保持監(jiān)測元件的穩(wěn)定性，從而獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

（2）設(shè)置監(jiān)測項目的實質(zhì)性目的是提升施工方式的合理性，為后期施工作業(yè)開展提供良好幫助。其中，監(jiān)測項目要點包含了設(shè)置監(jiān)測點，分析數(shù)據(jù)。

（3）監(jiān)測隧道拱頂下沉，測點使用管片螺栓的突出位置，選擇固定環(huán)號的管片螺栓，在每10 環(huán)設(shè)置一項測量點，做好標(biāo)記，采取倒立塔尺的方式獲取測點實際標(biāo)高。結(jié)合測區(qū)的標(biāo)高結(jié)果繪制下沉量，如時間變化曲線，當(dāng)曲線處于平緩狀態(tài)的情況下，說明隧道拱頂趨于穩(wěn)定狀態(tài)。圖1 為盾構(gòu)隧道內(nèi)監(jiān)測斷面。

圖1 盾構(gòu)隧道內(nèi)監(jiān)測斷面

2.3 采取暗挖施工方式

依照地鐵隧道施工特征和城市位置環(huán)境的影響，一般情況下會選擇按挖隧道方式，比如覆土淺是淺埋暗挖的主要方式，一般在軟層圍巖土層應(yīng)用，為了保證地表施工的穩(wěn)定性，工程單位需要做好軟弱土層的加工處理工作。①初期使用格柵加錨噴混凝土加固；②使用混凝土進行加固處理，以此提升地鐵隧道施工的整體質(zhì)量。

2.4 應(yīng)用噴錨支護方式

在復(fù)雜條件下城市地鐵隧道地表沉降工程施工期間，為了保持流程穩(wěn)序進行，需要采取噴錨支護方式實施隧道工程加固處理工作。①確定噴錨施工工序的基本方案，以免產(chǎn)生巖土松動和相互分離的現(xiàn)象；②對圍巖結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)定期間經(jīng)常存在著掩體受到破損的現(xiàn)象，所以可以在完善混凝土噴層工序的基礎(chǔ)上強化錨支出施工的穩(wěn)定性；③結(jié)合噴射混凝土工程特征，在支護技術(shù)使用期間，經(jīng)常存在著混凝土裂縫和脫落現(xiàn)象，為了避免該種現(xiàn)象的發(fā)生可以通過增加增強劑和水玻璃等材料提升混凝土自身的粘結(jié)程度，從而保障工程施工穩(wěn)定；④在復(fù)雜條件下地鐵隧道施工期間，為了防止地表沉降的出現(xiàn)，需要選擇合理的注漿施工工藝，施工單位依照地表沉降的裂縫空洞和不穩(wěn)定地層的情況進行加固施工，提升地鐵隧道施工質(zhì)量。

2.5 采取盾構(gòu)施工方式

在土體水平位移監(jiān)測期間，首先，將PVC 測斜管設(shè)置到斷面隧道兩側(cè)，采取鉆孔埋設(shè)的方式實施作業(yè)，以鉆孔埋設(shè)的方式為主，從點位出鉆進孔徑高于測斜管外徑的孔，孔底應(yīng)當(dāng)少于隧道底1m 距離，插上整體的測斜管，使測斜管凹槽和線路方向呈現(xiàn)出平行狀態(tài)，合理調(diào)整，在測斜管和孔之間填筑細砂，管口位置砌筑窯井，這樣做的目的是避免測斜管性能受到影響。其次，從測斜管內(nèi)取出長度為1m 作為側(cè)段長度，進行量測期間，可以把測斜管低端位移假設(shè)成零，遵循自上而下的原則檢驗各項水平誤差，一直達到管頂標(biāo)高即可。進行量測的過程中，沿著平行線路方向的管內(nèi)導(dǎo)槽將測斜儀滑到管底，讀取數(shù)字。將測斜儀提取出來，平行轉(zhuǎn)動180°后重復(fù)以上階段。兩次量測的數(shù)值平均值在表現(xiàn)為平行在隧道內(nèi)方向的土體位移變化值。最后，處于30cm范圍中實施一次監(jiān)測工作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免誤差出現(xiàn)。

3 結(jié)語

從以上論述來看，在地鐵隧道施工期間，為了規(guī)避地表沉降現(xiàn)象的發(fā)展，降低問題出現(xiàn)概率，施工單位應(yīng)當(dāng)對復(fù)雜地質(zhì)條件特征進行系統(tǒng)性分析，根據(jù)復(fù)雜地質(zhì)對地鐵隧道穩(wěn)定性產(chǎn)生的一系列影響制定完善的處理方案，從而促使地鐵隧道施工作業(yè)良好開展。