于天放

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司，北京 100048）

隨著社會(huì)的發(fā)展，盾構(gòu)法施工在城市地鐵建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，此法既起穩(wěn)定作用又可進(jìn)行不間斷掘進(jìn)作業(yè)。它適用于各類軟土地層和軟巖地層的隧道施工，尤其適用于城市地下鐵道施工。采用盾構(gòu)法進(jìn)行地下隧道施工時(shí)，由于盾構(gòu)法為地下作業(yè)且盾構(gòu)機(jī)體積較大，極易造成隧道地表出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，尤其松軟的含水層或其他不穩(wěn)定地層的沉降更明顯，因此，施工中要加強(qiáng)沉降的觀測(cè)保證工程的質(zhì)量。隨著工業(yè)化、城市化逐步加快，地鐵成為發(fā)達(dá)城市的重要交通要道，從一定程度上緩解了交通壓力，盾構(gòu)法在城市隧道建設(shè)中最大程度避免了因受施工環(huán)境給工程進(jìn)度帶來(lái)的影響。進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí)，確保地表的沉降控制在允許的范圍內(nèi)，加強(qiáng)對(duì)施工過(guò)程中可能發(fā)生的地表變形的預(yù)測(cè)是十分必要的。

1 地表沉降的原因分析

在城市地鐵隧道盾構(gòu)法施工時(shí)，地表沉降是施工中較為常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，根據(jù)對(duì)許多工程的研究分析引起沉降的原因是多方面的，現(xiàn)將沉降的原因進(jìn)行分析。

1.1 降水引起的沉降

降水是施工中創(chuàng)造干燥作業(yè)面的重要措施，運(yùn)用盾構(gòu)法掘進(jìn)施工中難免出現(xiàn)堵水、排水的現(xiàn)象，降水后由于吸排水速度不同會(huì)形成曲面水位，進(jìn)而使降水處含水層中土的有效應(yīng)力增加，使其發(fā)生固結(jié)沉降。

1.2 地層應(yīng)力引起的沉降

運(yùn)用盾構(gòu)法進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，需穿過(guò)穩(wěn)定狀態(tài)的地層，同時(shí)將會(huì)造成土體松動(dòng)、擠壓坍塌，使周圍土體發(fā)生擾動(dòng)，導(dǎo)致地層原始應(yīng)力狀態(tài)的改變，還有就是對(duì)于盾構(gòu)施工時(shí)的彎道及對(duì)水平或垂直糾偏時(shí)，易造成掘進(jìn)時(shí)周圍土體因受擠壓而受到破壞，造成土體的極限平衡狀態(tài)發(fā)生破壞，引起地表下沉。

1.3 管片環(huán)變形引起沉降

當(dāng)隧道襯砌脫出盾尾以后，就會(huì)受到土壓力的影響，使盾構(gòu)機(jī)的管片之間的防水層和縫隙因壓力而被擠壓成緊密的狀態(tài)，最終致使管片環(huán)發(fā)生一定的變形，使地表發(fā)生沉降。

1.4 盾尾孔隙充填不足引起的沉降

在不穩(wěn)定的地層中施工時(shí)，盾尾建筑空隙必須根據(jù)施工需要及時(shí)進(jìn)行充填，并保證壓漿材料的性能及充填量滿足設(shè)計(jì)要求，否則將造成地表發(fā)生沉降。施工中受種種因素的影響，難免在彎道處發(fā)生超挖現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致盾尾的后部建筑空隙不規(guī)則擴(kuò)大，不能準(zhǔn)確掌握空隙所占的體積，如不采取措施及時(shí)對(duì)空隙進(jìn)行處理，很容易造成地表沉降。

2 掘進(jìn)控制技術(shù)

掘進(jìn)是盾構(gòu)法施工過(guò)程中重要的一環(huán)，掘進(jìn)時(shí)對(duì)機(jī)械控制不當(dāng)，使開(kāi)挖面的水平支護(hù)力小于地層中的原始側(cè)應(yīng)力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)土體向盾構(gòu)內(nèi)進(jìn)行偏移，造成地層損失導(dǎo)致盾構(gòu)上方的地表沉降。相反，當(dāng)原始側(cè)應(yīng)力小于正面的推應(yīng)力時(shí)，開(kāi)挖面將會(huì)朝著前進(jìn)的方向移動(dòng)，使負(fù)地層損失而導(dǎo)致盾構(gòu)前上方的土體凸起。

2.1 壓力與沉降

盾構(gòu)機(jī)作業(yè)時(shí)刀盤(pán)的推力產(chǎn)生的極限會(huì)隨著刀盤(pán)作業(yè)產(chǎn)生推力的改變而變化，主動(dòng)的土壓力是側(cè)向上壓力的極限的最小值，被動(dòng)土壓力是側(cè)向上壓力極限的最大值，靜土壓力則位于極限最大和最小值之間。對(duì)于刀盤(pán)前方的土壓力比主動(dòng)土壓力小時(shí)，可能出現(xiàn)土體沿著滑動(dòng)面滑動(dòng)而致使地層和地表發(fā)生沉降的現(xiàn)象。為更好的控制土壓力和便于控制，可先設(shè)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，然后采取PDCA循環(huán)進(jìn)行管理，產(chǎn)生的上限值即是被動(dòng)土壓力、水壓力和預(yù)備壓力的和，下限則是主動(dòng)土壓力和水壓力之和。

2.2 淺埋隧道掘進(jìn)技術(shù)

淺埋隧道掘進(jìn)施工時(shí)，確保掘進(jìn)工作面土體的穩(wěn)定性是控制掘進(jìn)質(zhì)量的重要保證。當(dāng)隧道埋深較淺或圍巖基礎(chǔ)不穩(wěn)定時(shí)，施工人員須先掌握地質(zhì)情況，根據(jù)具體參數(shù)制定施工技術(shù)方法，采用朗金理論計(jì)算主、被動(dòng)土壓力。朗金理論計(jì)算是在開(kāi)挖面較為穩(wěn)定的條件下進(jìn)行主動(dòng)土壓力計(jì)算的，在施工時(shí)變形是難免的，因此，對(duì)于穩(wěn)定性較差的地層、松軟或變形較大、失水嚴(yán)重的地層，運(yùn)用朗金理論計(jì)算出來(lái)主動(dòng)壓力是偏小的。在盾構(gòu)施工時(shí)，當(dāng)主動(dòng)土壓力比推進(jìn)土壓力大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)土體下滑現(xiàn)象，導(dǎo)致地表發(fā)生沉陷現(xiàn)象。

掘進(jìn)施工通過(guò)地下水較為豐富的地層時(shí)，為避免發(fā)生沉降可采取盾構(gòu)機(jī)快速通過(guò)的同將渣土倉(cāng)中進(jìn)行泥漿灌注，使泥水室的壓力提高，目前，在盾構(gòu)中以水泥—水玻璃雙液漿最常用，其能迅速進(jìn)行地下水封堵作業(yè)。對(duì)精度要求較高的隧道施工一定要采取措施確保靜土壓力小于盾構(gòu)的推進(jìn)力，以致使土體向開(kāi)挖方向變形而形成滑移，減少地表沉陷的目的。

3 管片的拼裝技術(shù)

管片是盾構(gòu)法施工中的重要的組成部分，其拼裝技術(shù)對(duì)掘進(jìn)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。管片主要在盾殼內(nèi)進(jìn)行拼裝作業(yè)。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)機(jī)管片的類型主要有球墨鑄鐵管片、鋼管片、復(fù)合管片和鋼筋混凝土管片，并且每環(huán)由很多的零碎管片組成。

根據(jù)工程的情況不同可采取不同的拼裝方法，例如采取環(huán)管片縱縫對(duì)齊的拼裝，不但很容易進(jìn)行管片定位，使縱向螺栓容易穿過(guò)，而且施工效率較高，但是這種方法對(duì)環(huán)面的平整度較差，隨著誤差的積累，將導(dǎo)致環(huán)向螺栓難穿，環(huán)縫壓密量不夠。

4 管片襯砌背后注漿技術(shù)

管片襯砌背后注漿技術(shù)對(duì)盾構(gòu)法的施工質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響。對(duì)于能自穩(wěn)的地層，對(duì)注漿的方式要求不十分嚴(yán)格，但必須使用同步注漿，并在正常的注漿壓力下進(jìn)行注漿作業(yè)，以使建筑間隙能很好的得到填充，最大程度上防止了地層的移動(dòng)，使地層的損失減小，地表沉降變形較小。

4.1 同步注漿

同步注漿是襯砌背后注漿的主要方式，對(duì)于能自穩(wěn)的地層，在進(jìn)行注漿時(shí)對(duì)填充率的影響是有限的，但對(duì)于不能自穩(wěn)的地層采用逐步注漿時(shí)，必須在正常的注漿壓力下，才能保證注漿質(zhì)量，使建筑間隙得到有效填充，阻止地層向隧道方向移動(dòng)以減小地層損失。同步注漿主要使用同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注漿管，使盾構(gòu)推進(jìn)和盾尾空隙同時(shí)進(jìn)行注漿，使注漿效率得到有效利用，保證周圍巖體質(zhì)量，防止巖體坍塌現(xiàn)象。

4.2 二次注漿

為保證壁后注漿層具有較好的防水性和密實(shí)性，在同步注漿技術(shù)后可根據(jù)情況采取二次注漿措施。管片背后注漿不能滿足要求時(shí)，須根據(jù)情況制定相應(yīng)的技術(shù)措施，確保注漿的質(zhì)量、安全，防止漏水現(xiàn)象發(fā)生。漏水不但對(duì)隧道質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響，還會(huì)因地下水流動(dòng)使土體內(nèi)有效應(yīng)力發(fā)生改變，進(jìn)而出現(xiàn)固結(jié)現(xiàn)象，易使地表發(fā)生沉降。通過(guò)注漿孔鉆孔鉆入土體達(dá)到2m時(shí)，就應(yīng)對(duì)土體進(jìn)行加固處理，采取止水措施，防止地表發(fā)生沉陷。

4.3 漿液性能

注漿漿液的流動(dòng)性對(duì)注漿的質(zhì)量有密切的關(guān)系。流動(dòng)性好的注漿液，對(duì)保證注漿的質(zhì)量起重要作用。當(dāng)一環(huán)注漿完成后，施工人員必須在注漿液達(dá)到一定的條件后才能進(jìn)行后續(xù)工序的作業(yè)，否則易造成后期收縮變形，滿足要求后即可進(jìn)行二次注漿作業(yè)，但必須嚴(yán)格漿液的流動(dòng)性，即有利于彌補(bǔ)同步注漿的缺陷，又能對(duì)同步注漿起重要的填充和補(bǔ)充作用。

對(duì)地下水較豐富的地段，施工前要做好相應(yīng)的專項(xiàng)施工技術(shù)方案。注漿漿液粘度對(duì)注漿的質(zhì)量也產(chǎn)生重要的影響，為保證注漿后的充填效果，需將漿液的凝膠時(shí)間控制在1～4min，并用漿液進(jìn)行空隙充填，同時(shí)將地下水疏干，一次注漿完成后需進(jìn)行二次注漿時(shí)，可使用水泥—水玻璃漿液材料。

4.4 注漿施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

注漿壓力和注漿量是影響注漿作業(yè)的重要因素，在注漿作業(yè)時(shí)，對(duì)二次注漿要求不高時(shí)，注漿量可依據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際地質(zhì)情況、作業(yè)人員的記錄情況，對(duì)注漿效果進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行糾正，以使注漿效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

（1）注漿壓力

注漿壓力過(guò)大過(guò)小都將對(duì)注漿效果產(chǎn)生不良的影響，為保證注漿質(zhì)量，在同步注漿作業(yè)時(shí)應(yīng)采取措施，避免注漿填補(bǔ)后出現(xiàn)劈裂現(xiàn)象。當(dāng)注漿壓力過(guò)大時(shí)，易導(dǎo)致管片周圍的土層因受到注漿液的擾動(dòng)影響后期的地層沉降及隧道發(fā)生沉降，進(jìn)而出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，尤其剛拼裝完的管片影響更大；當(dāng)注漿壓力過(guò)小時(shí)，因注漿液的充填速度慢而不能滿足施工要求，使地表發(fā)生較大的變形。

（2）注漿量

同步注漿主要是對(duì)空隙進(jìn)行充填，但對(duì)充填有相當(dāng)嚴(yán)格的要求，不能粗心大意，造成充填不足，造成沉降現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)開(kāi)挖工作面的糾偏、漿液滲透影響、注漿材料固結(jié)收縮的控制。在實(shí)際施工中，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，其注漿量為理論注漿量的1.5～2.5倍，并加強(qiáng)對(duì)地表沉降的觀測(cè)。

（3）注漿速度及時(shí)間

注漿速度及時(shí)間也是影響注漿質(zhì)量的重要因素，為了使盾構(gòu)機(jī)到最佳工作狀態(tài)，在盾構(gòu)機(jī)作業(yè)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員必須嚴(yán)格控制盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度及注漿時(shí)的注漿量，使推進(jìn)速度達(dá)到適中及注漿量均勻，當(dāng)不能再推進(jìn)時(shí)要停止注漿，也就是說(shuō)，使注漿速度及時(shí)間達(dá)到最佳的配合狀態(tài)。當(dāng)注漿速度較快時(shí)很容易造成管道堵塞，否則過(guò)慢就會(huì)導(dǎo)致地表發(fā)生坍塌，發(fā)生偏差。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地鐵隧道盾構(gòu)法引起地表沉降的因素是多方面的，為了保證掘進(jìn)施工進(jìn)度、質(zhì)量，必須根據(jù)掘進(jìn)處的地質(zhì)情況確定合適的掘進(jìn)模式、掘進(jìn)土壓力、注漿方式和時(shí)機(jī)、注漿量和壓力等，在施工時(shí)必須加強(qiáng)對(duì)造成沉降因素的監(jiān)測(cè)，使沉降得到有效的控制，達(dá)到小于規(guī)范的允許值。

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