地鐵隧道盾構(gòu)施工問題與對策

摘要：隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，盾構(gòu)法隧道施工在地鐵建設(shè)中的應(yīng)用更加廣泛。盾構(gòu)法是機械化的暗挖法施工，通過盾構(gòu)的外殼和管片進行隧道的支撐。盾構(gòu)既是一種施工工具，也是一種強有力的臨時支撐結(jié)構(gòu)。為了保護城市地下道路、上下水道、電力通信、還有各種公共基礎(chǔ)設(shè)施，盾構(gòu)法是隧道施工的首選，但由于隧道建設(shè)要空間跨越已有的建筑物，因而在盾構(gòu)施工過程中就存在一系列的問題，研究問題的對策便顯得至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；盾構(gòu)法；對策

引言

近年來，為了適應(yīng)城市的現(xiàn)代化建設(shè)和滿足城市居民不斷增長的出行需求，全國各地的地鐵建設(shè)不斷發(fā)展，為人們的出行提供了巨大的保障。然而，在地鐵隧道建設(shè)中關(guān)于引進盾構(gòu)法所帶來的問題不容忽視，如何加強盾構(gòu)施工的安全性應(yīng)是研究的重點。本文以深圳地鐵11號線區(qū)間隧道建設(shè)為例，在地鐵隧道盾構(gòu)施工出現(xiàn)的問題的基礎(chǔ)上提出解決的對策。

一、關(guān)于盾構(gòu)法的簡介

1.1盾構(gòu)法的概念

盾構(gòu)法施工是以盾構(gòu)機為隧道掘進設(shè)備，以盾構(gòu)機的盾殼作支護，用前端刀盤切削土體，由千斤頂頂推盾構(gòu)機前進，以開挖面上拼裝預(yù)制好的管片作襯砌，從而形成隧道的施工方法。

1.2盾構(gòu)的原理及其優(yōu)缺點

盾構(gòu)的基本原理是基于一圓柱形的鋼組件沿隧洞軸線被向前推進的同時開挖土壤。該鋼組件總是防護著開挖出的空間，直到初步或最終隧洞襯砌建成。盾構(gòu)必須承受周圍地層的壓力，而且要防止地下水的侵入。

1.3盾構(gòu)型式主要有：泥漿式盾構(gòu)、土壓平衡式盾構(gòu)、敞開式盾構(gòu)、壓縮空氣式盾構(gòu)、組合式盾構(gòu)等等。

二、盾構(gòu)法在施工過程中會出現(xiàn)的問題

2.1地面沉降問題

2.1.1地面沉降概念

地面沉降主要是由于施工過程中開挖面的應(yīng)力釋放和附加應(yīng)力等引起的地層變形。由于盾構(gòu)施工是在巖石體內(nèi)部進行的，所以無論開挖的深度大小，都會對巖體周圍的土層產(chǎn)生擾動，從而影響地表形態(tài)。

2.1.2盾構(gòu)法施工沿隧道縱向的地面沉降可劃分為5個階段。

（1）盾構(gòu)到達前的地層沉降，即盾構(gòu)機未到達土體時地表就已發(fā)生了變化，該影響限于10m～15m以內(nèi)。這主要是由盾構(gòu)推進土壓力的波動引起的。

（2）盾構(gòu)到達時的底層沉降，即開挖時土層的沉降，自開挖面距觀測點約3m～10m時，直到開挖面位于觀測點正下方之間所產(chǎn)生沉降現(xiàn)象。這多是由于土體應(yīng)力釋放或盾構(gòu)反向土倉壓力引起的土層塑性變形所引起的。

（3）盾構(gòu)機通過時的沉降，即盾構(gòu)切口到達測點起至尾部離開測點之間發(fā)生的沉降。這階段的沉降主要是由盾殼向前移動時與周圍土體之間形成的剪切滑動面造成土體被擾動，這一階段的沉降占總沉降的35%～40%。

（4）盾尾間隙沉降，即盾尾通過測點后所導(dǎo)致的地表沉降，其大約在尾部通過測點后0～20m內(nèi)產(chǎn)生影響。這往往是因為注漿不及時或注漿量不足，使得土體向空隙填入，造成土層應(yīng)力釋放而引起的地表變化。這個階段的沉降占總沉降的40%～45%。

（5）后續(xù)沉降，即盾尾離開土體一周后的地表沉降，其原因是前面作用累計導(dǎo)致的，這反映了地層沉降的時間效應(yīng)。這個階段的地面沉降不超過總沉降的10%。

綜上所述，盾構(gòu)施工過程中，第三和第四階段的地面沉降所占比例最大，所以對其控制也很重要。

2.1.3導(dǎo)致地面沉降的原因有內(nèi)外因之分，主要包括以下幾點：

（1）地質(zhì)條件：據(jù)研究表明，盾構(gòu)施工對地表沉降的影響應(yīng)地層狀況而各異。

（2）土體性質(zhì)：不同性質(zhì)的土體對地表沉降的程度也不同。

（3）覆土厚度h和盾構(gòu)外徑d：最大地面沉降隨覆土厚度h和盾構(gòu)外徑d的比值即h/d的增大而減少。

（4）地下水位變化：施工過程中的地層中水位的變化也會導(dǎo)致地層變形，引起沉降現(xiàn)象發(fā)生。

（5）盾構(gòu)施工姿態(tài)：盾構(gòu)推過程中，土壓倉壓力過大或過小都引起地層沉降。

（6）若注漿不及時或注漿量不足都會引起地層變形。

2.2地層損失

盾構(gòu)推進引起的土體位移由盾構(gòu)前的地表位移；盾構(gòu)通過時的位移；盾構(gòu)離開后的土體固結(jié)三部分組成。相比較而言，盾構(gòu)前的地表位移發(fā)生的可能性較小，而盾構(gòu)離開后的土體固結(jié)需要幾個月的時間才會確定，因此，盾構(gòu)機通過時位移是導(dǎo)致地表較大位移，從而造成地層損失。

2.3管片滲漏與上浮

盾構(gòu)施工過程中還會導(dǎo)致管片的滲漏與上浮。管片的滲漏主要表現(xiàn)為裂縫滲水，接縫漏水，吊裝孔因卸水導(dǎo)致階段性滲水。管片的上浮則表現(xiàn)為直接導(dǎo)致管片間錯臺，管片破裂，隧道漏水，嚴重的導(dǎo)致線路水平超標等等。所以，在隧道盾構(gòu)施工過程中應(yīng)控制好管片的滲漏與上浮。

三、應(yīng)對地鐵隧道施工問題的對策

3.1針對地表沉降問題

3.1.1盾構(gòu)機的選擇

以上海隧道建設(shè)為例，其建設(shè)是以土壓平衡式盾構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。土壓平衡盾構(gòu)工藝原理是利用安裝在盾構(gòu)最前面的全斷面切削刀盤，將正面土體切削下來的土進入刀盤后面的密封艙內(nèi)，并使艙內(nèi)具有就適當壓力與開挖面水土壓力平衡，以減少盾構(gòu)推進對土層的土體的擾動，從而避免地層的沉降。因此，在盾構(gòu)施工過程中，盾構(gòu)機的選擇很重要，要根據(jù)不同盾構(gòu)機的特性減少地面沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.1.2控制其影響在合適的范圍內(nèi)

無論是在盾構(gòu)機施工過程的哪一個階段，都要把其施工帶來的影響控制在合理的范圍內(nèi)，并在該范圍內(nèi)加強監(jiān)控，避免地面的大幅度沉降。

3.1.3對注漿的要求

因為注漿的因素也會導(dǎo)致地面沉降，所以在盾構(gòu)施工過程中要提高對注漿的要求，例如加快注漿的速度，及時注漿，再次要調(diào)好漿液的比例，最后還要控制好注漿量，把注漿量控制在合理的范圍內(nèi)，避免因注漿量不足而引起地層變形。

3.1.4進行實地勘測

根據(jù)上面的研究，我們已經(jīng)知道了影響地面沉降的內(nèi)在和外在因素。而對于地質(zhì)條件，土體性質(zhì)，覆土厚度，還有地下水變化的了解和掌握必須進行實地勘察。在隧道施工前，施工單位應(yīng)派人專門進行調(diào)查，真正掌握以上要素的情況，這樣在施工中才可根據(jù)情況具體分析，避免因任何一個因素而引發(fā)地層變形。

3.2針對地層損失現(xiàn)象

在以上問題分析中，不難看出地層損失的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是盾構(gòu)通過時造成的地表位移。因此對這一階段的控制顯得至關(guān)重要。為了減少地層損失，應(yīng)把盾構(gòu)通過的地層發(fā)生的位移控制在合理的范圍內(nèi)，及時監(jiān)控，防止出現(xiàn)唯一過大的現(xiàn)象。

3.3針對管片的滲漏與上浮

對于管片滲漏的原因我們已經(jīng)具體分析過了，大多是由于裂縫引起的，所以防止?jié)B漏最主要的是減少裂縫。而對于管片的上浮，要注重管片的質(zhì)量檢查，避免應(yīng)管片質(zhì)量出現(xiàn)的問題而引發(fā)的管片上浮。

3.4關(guān)于施工監(jiān)督與監(jiān)理機制

除了盾構(gòu)施工過程中應(yīng)對問題的各種措施外，加強施工過程中的工程監(jiān)督，建立合理的監(jiān)理機制也是重中之重。要做到施工前的監(jiān)督，施工中的監(jiān)督，施工后的監(jiān)督，避免任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。

四、結(jié)論

眾所周知，“安全第一”是項目施工的首要原則，面對施工過程中出現(xiàn)的種種問題，我們要加強防護措施，還應(yīng)制定合理的監(jiān)理機制，從而保證施工的順利進行以及項目的后期使用。盾構(gòu)法隧道工程是一項綜合性的技術(shù)，通過工程師不斷地探索與實踐已形成了一套較成熟的施工技術(shù)，并且已廣泛用于施工建設(shè)中，尤其是在上海的地鐵建設(shè)中。然而盾構(gòu)法有利有弊，在施工過程中應(yīng)趨利避害，加強監(jiān)督，真正使其發(fā)揮積極的作用。

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作者簡介：

張雄，男，1985年3月出生，畢業(yè)于南昌理工學(xué)院，現(xiàn)任職于中鐵七局三公司廣州地鐵13號線3標項目經(jīng)理部副經(jīng)理，職稱為助理工程師。