地鐵隧道縱向變形影響因素與控制對策研究

呂錦凡

（浙江華東測繪與工程安全技術有限公司，浙江 杭州 310000）

傳統的交通方式與地鐵相比，似乎顯得“笨重、繁瑣、不環保”，而地鐵的建設和發展也與我國可持續發展的綠色環保理念不謀而合。但行業從業者需要意識到的一點是：在地鐵隧道項目中，最為重要的就是建設過程的穩定性和科學性，而更為重要的一點則是項目投入使用后對人們出行的安全是否有保障——這同時也是城市居民最為擔心的一點。不難看出，在該工程中，縱向變形問題對于安全的影響很大，行業技術人員應當不斷完善質量管理體系，引進更多先進的科學手段解決這一問題，為促進地鐵行業健康發展、推動交通事業快速上升提供幫助。

1 地鐵隧道縱向變形影響因素

1.1 施工期遺留問題

1.開挖面底層出現土體擾動問題。

2.盾構技術實施時，盾尾后沒有及時完成充分的壓漿工作。

3.在盾構技術實施時，超挖情況出現在了曲線推進、糾偏推進過程中。

4.隧道工程周邊的土體與盾殼之間出現了摩擦和剪切，此時工程周邊的土體會受到擾動。

5.盾構法技術實施到擠壓推進過程時，土體受到擾動。[1]

1.2 不均勻沉降的底層土體

1.盾構施工技術可能對周邊土體產生擾動。這種擾動在埋深差異上并沒有明顯區別。擾動主要體現在下臥土層的回彈量、總沉降時間、沉降速率的變化當中，這一系列變化與土體本身的性質也有一定的關系。如果下臥層土體特性與分層不均勻的現象相互結合，出現在隧道周邊及沿線地段時，隧道就會出現不均勻的沉降現象。

2.使用盾構施工技術，還可能造成另外一種形式的土體擾動，即當被擾動的土體對外界影響較為敏感且自身具有較低的壓縮模量時，這一飽和黏土類型的下臥層會因為受到巨大的土體擾動造成周邊土體的沉降時間被進一步拉長。與之相反的，如果下臥層土體自身壓縮模量較高，并且對外界環境相對沒有那么敏感時，其對于盾構施工技術的應激反應相對沒有那么大，沉降速度較為穩定，沉降現象相對來說處于可控范圍內。[2]

1.3 隧道成型后受外部施工影響

區間線路通常位于城市區域，隧道在貫通之后隨著沿線商業、地產項目開發，隧道保護區范圍內會出現多個涉及地下室基坑施工項目，深基坑施工中涉及圍護樁（墻）施工、土方開挖等作業對成型后的隧道結構變形影響較大。

隧道保護區范圍內的鉆孔灌注樁施工會對臨近土體產生擾動影響，保護區范圍內的土方開挖作業會直接影響隧道臨近區域土體受力狀態，打破土體影響平衡，從而直接導致隧道結構局部出現明顯變形，常見的位于隧道上方基坑開挖會引起隧道結構出現隆起變形，側方基坑施工往往會引起隧道結構水平位移及豎向變形。

此外，受保護區內的深基坑施工影響，在隧道結構最終變形量超過控制標準后，地鐵隧道主管部門要求該地保項目業主對隧道進行修復或整治，常見隧道整治方式有MJS 工法樁整治、微擾動注漿整治等。隧道整治施工是通過注漿等措施直接改變臨近土體性能及應力狀態，達到控制控制隧道變形及減小隧道前期變形量目的。

1.4 振動和地震破壞

除了上述在工程項目施工時可能遇到的不可抗力因素外，地鐵隧道項目出現縱向變形的原因還可能是其在被投入使用后出現的。例如：地鐵運營過程中，列車在行進時，會產生振動波。[3]這一振動波不僅會讓隧道的結構出現不穩定，還可能會導致隧道出現共振效應，從而引發縱向變形問題。

與此同時，地鐵隧道項目所處區域為地下，當發生地震時，該工程會直接受到影響。縱向變形也可能是地震中的余震等原因造成的。除此之外，每個區域的工程建設環境差異較大，但地鐵隧道項目在建設過程中的設計軸線是具有統一性的，當出現分布不均勻的震波時，其統一性會遭受破壞，出現不均勻變形的現象[4]。

對于地鐵運行自身產生的振動和地震帶來的外力影響的分析，需要研究和技術人員從多方考慮，采取較為先進和合理的技術手段對其進行控制。

2 針對地鐵隧道縱向變形的有效對策

地鐵隧道建設項目具有一定的特殊性，其在施工過程中很可能被不可抗力因素影響，因此，針對這些多變的、復雜的因素造成的縱向變形現象，施工單位會通過提高外壁承受荷載的能力、加固隧道的底層土體等形式提高工程的總體質量，減少工程事故數量。本文對于解決這一問題給出的有效對策會穿插部分廣東省案例和行業條例。

2.1 加固土體

如果把地鐵隧道項目比作生日蛋糕上的“奶油”，那么該項目下部和周邊的土體就是“蛋糕胚”。當“蛋糕胚”的穩定性出現問題時，奶油也會“東倒西歪”，甚至從蛋糕上滑落。而在地鐵隧道中，“蛋糕胚”最容易出現的不穩定現象就是不均勻的沉降問題。面對這一問題，行業給予了足夠的重視，并根據行業發展情況選擇相應的先進技術進行補救，對隧道底層的土體進行加固，為保障項目的安全性和穩定性打下堅實的基礎。此處對加固底層土體的實踐工作進行介紹，文中可能會穿插一些廣東省的規范和案例。

實踐工作展開時，項目技術人員會對項目區域內的地質條件進行充分調研，并以此為基礎選擇正確的施工技術。針對底層土體擾動、回彈等可能發生在盾構施工中的問題，技術人員會通過利用一系列的防護技術對其進行加固，確保該區域受力均勻。需要注意的是，加固位置一般為隧道和站點的連接之處。這種加固技術不僅可以避免該區域底層土體出現不均勻的沉降，還可以進一步避免隧道結構因為這種不均勻沉降現象出現變形或產生裂縫等問題的出現。通過提高施工技術的科學水平，有效提高我國地鐵隧道項目的施工和工程水平，對人們的出行有著直接保障，也間接促進了城市的經濟發展。[5]

據筆者了解，行業內技術人員已經將底層土體不均勻沉降的問題作為地鐵隧道項目質量管理工作的重點和難點之一。這種現象會引起隧道的縱向變形，對項目安全來說是一個較為嚴重的隱患。實踐工作展開時，技術人員通常會利用最新的科學技術對其進行完善和優化，例如：使用國內較為先進的灌漿技術，完成隧道下臥土體結構的加固處理工作。利用這一先進技術，可以幫助下臥土體的相關參數達到項目控制要求，為改善隧道縱向變形現象提供強有力的技術支持。與此同時，該技術的實踐和應用，也為其他地鐵隧道項目提供了可借鑒的案例。

在廣東省的地鐵隧道項目建設過程中，技術人員正是使用了這一先進技術解決了地層結構中的粘質粉土、淤泥質黏土含量過高的現象，有效提升土體的穩定性，使得待建區域滿足施工要求，有效加快項目施工進度。不難看出，這一技術的實施為全國很多的地鐵隧道提供了建設思路，對提升和完善我國地鐵項目施工技術水平和體系有著顯著作用。在一部分地鐵隧道項目的施工階段，樁基結構如果長時間處于沉降狀態，那么整個地鐵隧道項目的穩定性也會受到不利影響。這一施工問題其實在行業中是難點，也是“痛點”，對此，項目技術人員應當做好結構的穩定。具體如，廣東省的地鐵隧道項目中，針對該問題的解決措施為：結合盾構擠壓施工法對隧道周邊進行了技術加固，完善了隧道結構，優化其構成體系，提升了隧道內部的綜合穩定性，為隧道內部抵抗樁基沉降帶來的應力效應提供了幫助。

2.2 特殊土層處理措施

針對特殊土層的隧道施工技術來說，具有較高的技術要求，在不同的土層施工過程當中存在圍巖軟、開挖斷面大、含水量較高等多種問題。在施工過程中，就可采取上部弧形導坑開挖模式，左右側中臺階開挖模式，上中下臺階開挖模式，隧底開挖等多種施工方式。同時還應當完善初期之后作業，以提升施工開挖以后周圍為嚴的自然承載力。還可以使用仰拱及襯砌施工作業方式，采用全幅分段施工，保證仰拱安全距離，減少坍塌現象的發生。

2.3 成型隧道變形控制

技術人員需要重視安全控制措施在改善隧道縱向變形工作中的重要性，并嚴格管控施工和建設過程中的作業環境的實際情況，提高現場施工管理和施工技術的融合程度，并盡可能引入最新的施工技術，提高施工的穩定性，可以通過規范條文規定來規范相關施工人員的施工技術，確定施工規范和要求等。還需要進行地保項目前期安全評估工作，以保證施工成果符合相關即使要求和使用標準。同時還需要加強施工過程當中的質量控制內容，具體如優化相關設計方案，保證施工設計符合建設要求，同時因地制宜，不斷優化施工方案，促使相關施工方案能夠更好地實施。在完成相關施工工作之后，還需要加強對于基礎基坑和隧道施工的質量監測。通過相關監測活動的開展及時發現建設問題所在，并糾正不規范施工行為和結果，促使地鐵施工高質量地完成。例如：在盾構擠壓推進工作的實踐環節中，技術人員應當意識到工作重點為提高隧道外壁的受力強度，具體實踐的工作依據和原則應當為技術應用標準。首先，工作人員需要控制好隧道周邊的基坑的挖掘工作的有序性，防止不正確的挖掘技術的實施為隧道外壁增加額外的、不必要的載荷，這種附加載荷很可能造成隧道出現縱向變形。在廣東省出臺的隧道安全控制工作規定條例中，明確寫道：任何項目規劃和施工都不允許出現在地鐵隧道項目邊線向外劃定3m 的界限內，此舉對于保護隧道外壁不受到其他載荷壓力有著重要作用。與此同時，在該省的技術保護規范中，還明確規定了：隧道外壁附加載荷不應該因為地鐵周邊建筑施工工作或降水等原因大于20kpa。如果該數據不符合標準，則地鐵隧道項目的安全性無法被保障，因為建筑垂直載荷對地鐵隧道項目的影響十分不利。這一技術保護標準對于提高居民日常出行的安全性也有著顯著成效。

2.4 隧道施工變形控制措施

在施工過程當中，為了有效控制隧道變形現象的發生，首先需要做好前期的地質勘探工作，針對施工所在地的地質情況進行全面的勘查。其次，根據勘探結果進行盾構選型，選擇最符合當地施工條件的盾構類型[6]。再次，需要根據盾構掘進的姿態進行科學的控制，以保證掘進姿態科學、合理，促使掘進工作有序地開展下去。最后，在注漿過程當中，也應當注重控制好注漿的速度以及時長等重要因素，以保證注漿成果安全可靠，滿足后續的建設使用需求。只有做好上述相關的施工步驟，同時針對施工過程當中存在的問題及時地進行解決和糾正，打好建設基礎，才能夠保證地鐵隧道施工變形問題得以減少[7]。此處仍然以廣東省地鐵建設項目作為案例進行介紹：在該工程中，技術人員將防震技術、加固技術運用到了站點和隧道的建設過程中。[8]與此同時，針對項目中所有較為脆弱的連接部分，技術人員都采用了相應的技術手段完成了該施工部分的管控工作，從細節處入手，“兩手抓”項目的安全性和可靠性。可以說，這一技術應用舉措在行業內部是“領軍”行為，為行業發展貢獻了巨大的力量。

3 結語

筆者通過廣東省的地鐵隧道建設案例闡述了盾構施工技術的重要性，并強調了在改善縱向變形問題中，注重改善外壁建設環境、項目周邊土體穩定性和樁基建設情況的價值與功能。與此同時，合理選取科學措施，引進國內外先進隧道施工技術并且保證樁基結構具有長期穩定性，是實現項目具有安全性的重要方式之一。改善地鐵隧道項目的縱向變形等工程問題，對于提升此類建設項目整體穩定性和安全性有著重要意義，這類技術實踐對于引領行業健康發展、為居民出行營造良好環境以及助力城市經濟發展都有著重要價值。