盧嘉偉

（廣東遠(yuǎn)順建筑設(shè)計(jì)有限公司，廣東 佛山 528000）

在一些隧道施工中，常應(yīng)用到明挖法和暗挖法，其中暗挖法中便包含盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)法具有安全、經(jīng)濟(jì)、快速等優(yōu)點(diǎn)，在近些年成為了隧道工程施工的首選。但是在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的過(guò)程中會(huì)造成地層擾動(dòng)，導(dǎo)致地表沉降，也會(huì)對(duì)其他地下管線造成一定的影響，從而降低工程施工的穩(wěn)定性。針對(duì)這一情況，工程在施工前，需要在現(xiàn)場(chǎng)合理布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量地層地質(zhì)的實(shí)際情況，掌握地表橫向、縱向沉降變形規(guī)律，制定有效的控制措施，充分發(fā)揮盾構(gòu)法優(yōu)勢(shì)，提高施工穩(wěn)定性。

1 上軟下硬復(fù)合地層盾構(gòu)施工地表沉降機(jī)理分析

1.1 超前沉降階段

根據(jù)工程要求合理地布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并利用專業(yè)的儀器收集各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，以了解盾構(gòu)施工的沉降影響。超前沉降指的是盾構(gòu)到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之前，盾構(gòu)的開挖施工操作已經(jīng)對(duì)周圍的巖土體產(chǎn)生了一定的擾動(dòng)，這種擾動(dòng)作用會(huì)向前方一定范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，導(dǎo)致盾構(gòu)前方的巖土體發(fā)生一定的變形。超前沉降階段所引發(fā)的沉降量較小，主要是由于在施工之前地下水位有所降低，由于盾構(gòu)作用的影響，導(dǎo)致地層產(chǎn)生了固結(jié)沉降。

1.2 盾構(gòu)到達(dá)沉降階段

當(dāng)?shù)竭_(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的正下方時(shí)，由于開挖面的水平壓力控制不均，水平支護(hù)力難以支撐水土壓力，導(dǎo)致開挖面出現(xiàn)了沉降位移。而當(dāng)水平支護(hù)力大于水土壓力時(shí)，盾構(gòu)機(jī)前方的巖土體便會(huì)向前位移，開挖面向上隆起。由于在施工過(guò)程中開挖面的水土壓力不斷變化，因此該階段的沉降也會(huì)發(fā)生較大的變化。

1.3 盾構(gòu)通過(guò)沉降階段

當(dāng)通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)正下方時(shí)，盾構(gòu)機(jī)和土體之間存在一定的摩擦力，會(huì)對(duì)周圍的巖土體產(chǎn)生一定的作用，這一剪切應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致巖土體的應(yīng)力發(fā)生變化，出現(xiàn)變形。此時(shí)，盾構(gòu)姿態(tài)發(fā)生偏移，不在平行于隧道的中心軸線，從而出現(xiàn)了一定的間隙，導(dǎo)致地底層損失。這一沉降主要是由摩擦力導(dǎo)致的，巖土體剪切變形只出現(xiàn)在軟弱層，下部的硬巖層具有較強(qiáng)的硬度，剪切應(yīng)力作用不大。而且在施工中，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的方向上，硬巖起伏不定，很難控制硬度盾構(gòu)姿態(tài)。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)從軟弱層進(jìn)入到硬巖層時(shí)，阻力突然增大，盾構(gòu)機(jī)的推力依舊處于軟弱層的設(shè)置狀態(tài)下，突然的改變很有可能導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)頭部出現(xiàn)磕頭現(xiàn)象。

1.4 盾尾脫出沉降階段

當(dāng)完全通過(guò)監(jiān)控點(diǎn)下方后，下部的硬巖強(qiáng)度大，盾尾地層所引起的變形較小，但是由于軟巖空間占比與力學(xué)性質(zhì)的一定影響，盾尾損失會(huì)造成巖土體變形和地表沉降。為了很好地控制這一情況，需要利用盾尾注漿進(jìn)行填充，但是注漿壓力的控制不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致上部軟弱層受到較大的擾動(dòng)。而且如果漿液的凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，在初凝之前，周圍的巖土體已經(jīng)開始位移，發(fā)展變化，導(dǎo)致隧道周圍的巖土體變形，引發(fā)地表沉降。

1.5 受擾土體固結(jié)階段

當(dāng)隧道周圍土體進(jìn)行開挖時(shí)，巖層被切削擠壓會(huì)產(chǎn)生超孔隙水區(qū)。盾構(gòu)機(jī)通過(guò)后，孔隙水的壓力逐漸消散、排出，土體便會(huì)發(fā)生固結(jié)沉降的現(xiàn)象。而地下水補(bǔ)給導(dǎo)致周圍水位上升，導(dǎo)致抬升地表，會(huì)抵消一部分固結(jié)沉降，因此受擾土體固結(jié)的作用影響不大。

通過(guò)分析以上5個(gè)階段的不均勻沉降和巖土體變形可以發(fā)現(xiàn)，上軟下硬復(fù)合地層盾構(gòu)施工中出現(xiàn)地表沉降的主要影響因素包括軟弱層的力學(xué)性質(zhì)、軟弱層的含水率、軟弱層組合的空間形態(tài)、開挖面的支護(hù)力、盾構(gòu)推力、注漿操作等。

2 上軟下硬復(fù)合地層盾構(gòu)施工地表沉降的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案

不同的工程會(huì)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇監(jiān)測(cè)方法，合理地布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。以某地鐵隧道工程開挖為例，分析地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，掌握橫縱斷面的沉降規(guī)律，制定有效的控制措施，保障了盾構(gòu)施工的穩(wěn)定性。

2.1 工程概況

本工程為某市區(qū)的地鐵隧道施工項(xiàng)目，線路全長(zhǎng)36.2km，全站為地下站。項(xiàng)目結(jié)構(gòu)頂板和底板穿越的地層包括中風(fēng)化灰?guī)r層、粘土層、全風(fēng)化頁(yè)巖層和強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖層，地質(zhì)條件十分復(fù)雜。在沉降監(jiān)測(cè)中主要利用半圓頭鋼筋制作而成，將沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在孔內(nèi)做好保護(hù)工作，然后用混凝土進(jìn)行固定處理。在隧道內(nèi)每隔8m設(shè)置了一個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇偪刂浦行摹?/p>

2.2 監(jiān)測(cè)頻率和控制標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)6D＜L＜9D時(shí)，監(jiān)測(cè)的頻率為3～5天一次，當(dāng)5D＜L＜7D時(shí)監(jiān)測(cè)的頻率為2天一次，當(dāng)L＜4D時(shí)監(jiān)測(cè)的頻率為1天一次。當(dāng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后，半個(gè)月或者一個(gè)月一次。L是監(jiān)測(cè)點(diǎn)到開挖面的水平距離，D是盾構(gòu)法隧道的開挖直徑。施工的沉降量控制標(biāo)準(zhǔn)為±20mm，沉降速率為±7mm/d。

2.3 監(jiān)測(cè)方法

本工程地表沉降監(jiān)測(cè)采用了電子水準(zhǔn)儀和相配套的條碼水準(zhǔn)尺。電子水準(zhǔn)儀的精度存在一定的偏差，按照國(guó)家的二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)。

2.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)后，監(jiān)測(cè)人員掌握了大量的數(shù)據(jù)信息，將其進(jìn)行整理，均勻分布在研究段上，根據(jù)數(shù)據(jù)的變化特點(diǎn)，判斷地表沉降的具體情況，總結(jié)縱斷面的沉降規(guī)律。當(dāng)盾構(gòu)施工遇到軟硬結(jié)合面時(shí)，如果沒(méi)有及時(shí)調(diào)整參數(shù)，便會(huì)造成一定的土層擾動(dòng)，導(dǎo)致沉降問(wèn)題的發(fā)生。

3 上軟下硬復(fù)合地層盾構(gòu)施工地表沉降的控制措施

3.1 施工技術(shù)的控制

在上軟下硬復(fù)合地層盾構(gòu)施工中，為了防止地表沉降，需要做好施工技術(shù)的控制工作。首先，控制土倉(cāng)壓力和出土量，主要是由于在施工中，地層施工會(huì)對(duì)上部的軟弱層產(chǎn)生一定的地層擾動(dòng)，控制好土倉(cāng)壓力，為開挖面提供一定的支護(hù)力，根據(jù)隧道工程的具體情況合理設(shè)計(jì)埋深，并控制好施工的速度，確保水土壓力平衡，才能有效控制地表沉降。其次，需要做好盾構(gòu)推力的控制工作。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)接觸到硬巖地層時(shí)，下部的阻力會(huì)增大，盾構(gòu)機(jī)面臨較大的壓力，會(huì)出現(xiàn)磕頭問(wèn)題。針對(duì)這一情況在利用盾構(gòu)機(jī)接觸硬巖地層時(shí)，需要加大千斤頂推力，確保盾構(gòu)機(jī)的穩(wěn)定推進(jìn)。最后，還需要控制好注漿因素。盾構(gòu)機(jī)施工時(shí)，如果施加較大的注漿壓力，便會(huì)對(duì)上層的軟弱層產(chǎn)生一定的影響，出現(xiàn)變形等情況威脅到整個(gè)工程的施工安全性，但是，如果壓力較小，漿液難以進(jìn)入到巖體間隙層。因此，在施工時(shí)，需要施工人員嚴(yán)格地控制好注漿的壓力，合理調(diào)配漿液的含水量、粘稠度和顆粒度，確保注漿施工符合工程要求。

3.2 地層改良控制

3.2.1 硬巖層改良措施

在上軟下硬地層的結(jié)構(gòu)中，硬巖層的存在很容易造成盾構(gòu)姿態(tài)的改變。在盾構(gòu)施工中，硬巖層使刀盤開挖面上下部的巖土體切削程度不同，會(huì)導(dǎo)致開挖面和隧道周圍的土體發(fā)生較大的地層損失。針對(duì)這一情況，在實(shí)際操作中，會(huì)選擇沖孔樁基、豎井開挖、地面鉆孔等各種形式來(lái)破除局部硬巖，達(dá)到良好的清理效果，或者在隧道開挖的過(guò)程中，利用人工操作爆破硬巖，但是這一方式成本高、風(fēng)險(xiǎn)大，還會(huì)影響到盾構(gòu)施工的進(jìn)度。

3.2.2 軟弱層改良措施

軟弱層改良主要是對(duì)軟弱層進(jìn)行加固措施。在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)上軟下硬段之前，需要做好軟弱層的勘查工作，了解軟弱層的具體系數(shù)，合理地調(diào)配漿液的粘稠度、含水量等等，確定軟弱層施工標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行注漿加固。除此之外，也包括旋噴樁、錨桿加固等多種措施。在盾構(gòu)隧道內(nèi)，對(duì)兩側(cè)軟弱層和開發(fā)面積的軟弱層都采用了加固處理，但是由于受到地表?xiàng)l件的影響，在隧道內(nèi)主要采用注漿的方式進(jìn)行加固，不僅節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本，還具有較高的穩(wěn)定性，施工操作簡(jiǎn)單，為盾構(gòu)施工奠定良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

上軟下硬復(fù)合地層進(jìn)行施工時(shí)，需要綜合分析地層受到的各種影響因素，做好前期的勘查和準(zhǔn)備工作，合理設(shè)計(jì)方案。做好工程監(jiān)測(cè)工作，收集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析處理，了解沉降的情況和主要影響因素，制定有效的控制措施，尤其是盾構(gòu)施工技術(shù)的控制，控制好盾構(gòu)推力，合理調(diào)整參數(shù)。在改良軟弱層和硬巖層的同時(shí)，保障施工穩(wěn)定性，全面控制沉降問(wèn)題。