分析城市地鐵盾構隧道地表沉降范文

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摘要：地鐵盾構隧道是城市建設工作的重點，以現(xiàn)階段城市化建設工作情況為基礎，結合近年來地鐵盾構隧道施工特點，明確地表沉降的發(fā)展過程，分析城市地鐵盾構隧道地表沉降的特點和實施方案，以此為城市構建地鐵提供有效依據(jù)。

關鍵詞：城市；地鐵；盾構隧道；地表沉降

0引言

城市地鐵隧道應用盾構法進行施工，在推動盾構機時必然會帶來隧道上方地表沉降的問題，且在隧道施工和運營過程中，也會構成隧道升降，直接影響周邊地面建筑與地下設備的應用。由此，在施工中如何控制施工對周邊土體的影響，研究地表沉降的發(fā)展過程，是隧道施工的重要課題，對城市地鐵建設工作而言至關重要。

1地表沉降的發(fā)展過程

1.1地表沉降的原因

應用盾構法建設時，必然會帶來地層損耗和盾構隧道受到影響，或剪切破壞的重塑土的在固結，這也是地面出現(xiàn)沉降的主要因素。導致地鐵盾構施工出現(xiàn)地表沉降原因主要分為以下幾點：其一，開挖面土體移動；其二，盾構后移；其三，土體擠入盾構縫隙中；其四，變化施工的方向；其五，在盾構外周粘著一層土時，盾尾后隧道管片外周環(huán)形空隙會擴大，例如不需要增加壓漿量，地層的損耗非常嚴重；其六，在土壓力影響下，隧道管片出現(xiàn)的變形也會帶來必定的地層損耗；其七，隧道管片襯砌沉降過高的過程中，會帶來難以忽視的地層損耗問題；其八，影響土體固結沉降。

1.2地表沉降發(fā)展過程

盾構在挖掘不同地層的過程中，帶來的地表變形可以分為五個階段：先期沉降、開挖前、通過時、盾構間隙以及后期，出現(xiàn)問題的原因具體如下：其一，先期。出現(xiàn)地表沉降的原因在于地下水位下降，孔隙水壓力降低，圍巖有效應力提升，最終出現(xiàn)壓縮、壓密以及下沉等問題；其二，開挖面前沉降或隆起。在這一階段出現(xiàn)地表沉降的主要原因在于工作面處受到壓力影響，過高時很容易隆起，過低時又會出現(xiàn)沉降，圍巖應力得到拓展，影響負荷土的壓力，最終出現(xiàn)彈塑性變形；其三，通過時。在這一階段出現(xiàn)地表沉降，是因為受到施工的影響，盾構與圍巖間剪切錯動，掉渣，人為因素影響地基土的結構原狀，最終出現(xiàn)壓縮問題；其四，盾構空隙沉降。在這一階段出現(xiàn)地表沉降是因為圍巖失去支撐力，管片背后的注漿不符合規(guī)定，應力釋放，最終出現(xiàn)彈塑性變形；其五，后期。這一階段出現(xiàn)地表城建的原因在于結構變形、地層受到人為因素的影響，空隙水壓降低等，土體固結，最終出現(xiàn)壓縮和蠕動下沉的問題[1]。

2地表監(jiān)測與沉降管理

2.1監(jiān)測基準值

結合實踐案例和工作經(jīng)驗的對比研究可知，設計的監(jiān)測基準值。

2.2測點設計

其一，地表沉降與地下管線的安全檢查。在設計地表沉降點時，結合隧道軸線每隔五米的距離就設計一個沉降點，橫向沉陷測點結合每隔五十米的距離就設計地表沉降點。沿著區(qū)間隧道施工影響區(qū)域的重要地下管線上方地表縱向相隔三十米就設計一個測點。其二，地面建筑物檢測。在區(qū)間內的隧道兩側距離隧道邊線有十五米，尤其是對隧道兩邊十米范圍的建筑物而言更好實施檢測，測點要設計在建筑物的基礎或者是承重柱上。

2.3沉降控制方案

管理地表沉降問題的方案主要分為以下幾點：其一，調查與研究地層狀況與沿線周邊的建筑物。若想在施工階段全面管理地面沉降問題，要先在構建盾構隧道之前，對施工現(xiàn)場周邊的地層狀況與沿線周邊建筑物進行調查和研究；其二，土倉壓力的設計。在隧道挖掘過程中，土倉壓力的設計是至關重要的數(shù)據(jù)信息，若是設計的數(shù)值過小，很增加地面下沉的數(shù)量，若是設計的數(shù)值過大，很容易讓地面出現(xiàn)隆起問題；其三，盾尾同步注漿數(shù)據(jù)的設計。在盾構挖掘時，要選擇正確的時間注漿，并保障注漿的數(shù)量符合規(guī)定，這項工作是管理地表沉降或隆起的重要方案；其四，隧道挖掘階段的測量管理。測量信息有助于直接展現(xiàn)地表沉降的變化，檢測信息也可以為施工者提供依據(jù)，明確沉降量過高的位置，促使其及時調節(jié)施工效率，調節(jié)盾構的數(shù)據(jù)，提升地表沉降工作的效率和質量[2]。

3工程案例研究

某城市在盾構施工階段，工程是由一組雙線單圓盾構區(qū)間隧道構成，隧道包含了上下兩行線，區(qū)間隧道引用了德國海瑞克公司設計的土壓平衡盾構機進行操作。兩條隧道是由兩個不同的施工單位進行操作，因為施工經(jīng)驗和操作技術存在區(qū)別，所以施工階段有關控制地表沉降的工作也存在差異性，其中主要分為以下幾點：

3.1地質條件與隧道檢測

隧道挖掘階段主要是灰色淤泥質黏土層④層與灰色粘性土⑤-1-1層，土性平衡；土質展現(xiàn)出飽和的軟流塑狀，具備高壓性和低透水性，也是盾構挖掘的優(yōu)質地層，但是因為其具備較高的含水量，孔隙比大，強度低等特點，所以很容易出現(xiàn)流變的情況。土層的黏粒含量要高于百分之十，施工也不會出現(xiàn)液化的問題，但若是受到高黏粒含量的影響，也會出現(xiàn)流變。隧道挖掘階段的檢測工作包含了坑內與坑外，主要是對施工現(xiàn)場的周邊建筑或者是地質條件等進行檢測，并依據(jù)實際檢測信息科學調節(jié)盾構的數(shù)據(jù)。

3.2上行線盾構挖掘檢測

圖1是上行線隧道挖掘階段的地表沉降數(shù)值，0～200m代表隧道的長度。通過上述研究分析可知，隧道開挖對地表沉降的影響主要展現(xiàn)為以下幾點特點：其一，盾構主要在灰色淤泥粘土中挖掘，如圖所示，整體隧道地表沉降都處于+17～-65mm之間（加號代表隆起，減號代表沉降），整體隧道的軸線正上方大部分沉降可以穩(wěn)定在+30mm，符合施工建設的要求；其二，隧道挖掘地表沉降最大的數(shù)值出現(xiàn)在隧道口，也就是隧道挖掘施工的開始，這一階段出現(xiàn)最大的沉降數(shù)值有下述幾點原因：第一是受到周邊給水管線施工的影響，出現(xiàn)較大的沉降，第二是盾構進站過程中調節(jié)盾構形式的需求，致使地表沉降情況嚴重，第三地質勘探孔的冒漿，會讓地層受到影響；第三，除了盾構的開頭存在嚴重的地表沉降外，在盾構施工階段，因為這一區(qū)域的地質條件不好，大都是流塑性鉆粘土，所以也會增加實際沉降情況[3]。

3.3下行線挖掘至不同進深地表沉降的影響

圖2和圖3是下行線挖掘至不同進深階段的地表沉降數(shù)值，其中3～57m代表隧道的程度。通過研究上圖可知，隧道挖掘到不同進深對地表沉降構成的影響主要展現(xiàn)為以下幾點特點：其一，隨隧道逐層挖掘，隧道口的地表沉降數(shù)值也在持續(xù)上升；其二，隧道挖掘階段，整體區(qū)域都有地表沉降的情況出現(xiàn)，其中每挖掘一段，其地表沉降就會產(chǎn)生大約有隧道直徑六倍的影響，在六倍=隧道直徑之外的地表雖然有輕微隆起，但影響不大，可以不用研究[4]。

4總結

通過上述實踐案例的研究分析可知，控制盾構挖掘對降低地表沉降的影響有積極的引導作用，其中操作方案如下所示：其一，推廣信息化施工。在挖掘時，要第一時間向盾構機操作工作者傳遞檢測獲取的各項信息，確保其可以正確調節(jié)盾構機挖掘的數(shù)據(jù)，以此管理地表的沉降或隆起；其二，導致地表展現(xiàn)出嚴重的沉降問題，一般會在開挖的初期中出現(xiàn)。對長隧道而言，地表沉降的最大值會出現(xiàn)在隧道的前期施工中，所以施工團隊要對這方面進行深入研究和分析；其三，挖掘隧道時，在盾構推進時會影響其工作方向一定區(qū)域內的土體隆起，在這一階段施工團隊要注重觀察施工上方的管線和建筑物變化[5]。

5結束語

綜上所述，現(xiàn)階段有關隧道開挖地面沉降的研究雖然獲取了一定成績，但由于土體本構關系非常復雜，工程建設工作較為繁瑣，其中依舊存在很多現(xiàn)實工程問題需要解決。因此，施工團隊在接下來的發(fā)展中，要加大研究，從多角度入手，結合新時代環(huán)境提出的需求，構建全新的工程建設理念，以此為城市盾構隧道施工的有序進行提供保障。

參考文獻：

[1]李怡哲.盾構施工沉降演化規(guī)律及其控制研究[J].武漢工程大學，2016.

[2]陸征宇.軟土地層地鐵盾構施工風險評估與控制方法研究[J].西安建筑科技大學，2015.

[3]江英超，何川，胡雄玉，方勇.砂土地層盾構隧道施工對地層擾動的室內掘進試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2015，32（12）：2550-2559.

[4]李博.深圳地鐵龍崗線盾構隧道穿越樁基施工的數(shù)值模擬研究[J].上海交通大學，2015.

[5]李澤榮.地鐵盾構施工引起地表沉降的數(shù)值模擬研究[J].西安科技大學，2015.

作者：陸松 單位：上海理工大學環(huán)境與建筑學院