地鐵盾構區間施工沉降處理技術研究

摘要：現代社會經濟快速發展，地鐵建設作為重要的建設項目之一，其建設質量受到全社會的廣泛關注。盾構施工法在地鐵建設中的應用比較常見，但其極易引起地層變形和地表沉降等問題，若處理不科學，極易造成巨大的安全威脅。本文以哈爾濱地鐵3號線二期工程TJ-01標為例，對地鐵盾構區間施工沉降處理技術進行探究，旨在科學防范沉降問題，維護整個地鐵工程綜合效益。

Abstract： With the rapid development of modern society and economy， subway construction as one of the important construction projects， the quality of its construction has been widely concerned by the whole society. The application of shield construction method in subway construction is relatively common， but it is very easy to cause problems such as formation deformation and surface settlement. If the treatment is unscientific， it will easily cause a huge security threat. Taking the TJ-01 standard of the second phase of Harbin Metro Line 3 as an example， this paper explores the settlement treatment technology of the subway shield section construction， aiming at scientifically preventing the settlement problem and maintaining the comprehensive benefits of the entire subway project.

關鍵詞：地鐵;盾構區間;施工沉降;處理技術

Key words： subway;shield interval;construction settlement;treatment technology

中圖分類號：U455.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）17-0148-03

0? 引言

在城市化建設過程中，必須要明確人口快速增長所帶來的交通問題，通過地鐵建設來緩解交通壓力，其運量大且速度快，能夠減少環境污染問題，因此必須要加強地鐵建設質量控制。盾構施工法的應用過程中，往往會改變土體原狀，尤其是極易引發地表沉降，影響已有設施的正常使用，甚至會對社會群體的生命安全造成威脅。在此種情況下，對地鐵盾構區間施工沉降處理技術進行研究，具有一定現實意義。

1? 工程概況

本文以哈爾濱地鐵3號線二期工程TJ-01標為例，對其施工組織設計進行分析。3號線為沿哈爾濱市二環所敷設的環線，二期工程起點里程DK10+690，終點里程DK42+869，全長32.179km。共設置30個車站，設置31個區間，其中礦山法施工區間10個，盾構法施工區間21個。TJ-01標工程范圍內區間采用盾構法施工。

2? 地鐵盾構區間施工沉降的原因分析

2.1 土層沉降

天然土體大多為三相體系，包含礦物顆粒骨架體、孔隙水和氣體填充骨架體。飽和土的組成元素為土顆粒和水，土顆粒表現為粘結與非粘結狀態，但都具備荷載傳遞功能，可形成土骨架來進行傳力。土體上的外荷載主要由是孔隙水和土骨架承擔。當土體出現變形時，其孔隙流體及氣體體積減小，顆粒重新排列，骨架體也出現錯動。孔壓力降低與土的滲透性及其在土中位置存在一定關系。土體受到外力作用后，土粒與孔隙內流體表現出位移狀態，以基礎為支持來將建筑物壓力傳遞至地基的過程中，或者土石方開挖導致土層下部失去支承的情況下，極易導致土體內部出現應力變形，進而出現地基或地表下沉的情況。

2.2 巖石層沉降

巖石層自身特點是導致巖石層出現沉降的一個重要因素，在地質演變過程中，巖石出現不同程度的褶皺、裂隙和斷層等，所形成的地質構造差異化。地鐵盾構區間施工過程中，若地鐵隧道與褶皺走向一致，則極易出現巖層順層滑動的情況。裂隙和斷層的存在，極易導致地鐵盾構區間施工中出現坍塌等事故，存在一定安全隱患。

3? 地鐵盾構區間施工沉降機理

在地鐵盾構區間施工過程中，隨著盾構區間施工的進行，極易改變原有地層應力平衡狀態，應力被釋放的情況下，地層就會出現變形。就地層條件來看，其是盾構施工中地表沉降出現的一個重要因素，除此之外還包括開挖速度、掘進壓力以及灌漿壓力等因素。通過工程實測數據進行系統分析可知，地鐵盾構施工過程中所引起的地表變形主要包含以下幾個方面：其一是先期變形，為盾構到達之前。盾構施工過程中需要排水，地下水位下降的情況下，地層孔隙水壓力發生明顯變化，這就會導致地表出現不同程度變形[1]。其二是地表變形，為盾構到達時。盾構掘進施工中，于前方工作面頂進加大壓力，土體受到強烈擠壓，地表隆起，而在壓力減小時，就會導致前面土體出現松動，也就會出現地表沉降。其三是盾構通過時的地表變形。在盾構施工的干擾作用下，盾構機與土體之間存在相對位移，地層就會出現一定損失，兩側土體以外側為方向進行移動，地表變形隨之出現。其四是盾構通過后的地表變形。也就是說，在盾構機通過之后，空隙存在于盾構機和襯砌之間，若注漿不及時或者注漿量不夠的情況下，極易導致地層塌落，地表沉降也隨之出現。

4? 地鐵盾構區間施工沉降的處理技術

4.1 優化盾構掘進施工參數

在地鐵盾構區間施工過程中，為有效處理沉降問題，必須要對盾構掘進施工參數進行優化。結合整個地鐵工程項目的實際情況出發，把握其土質特征、盾構覆土厚度等情況，明確地下含水情況，結合以往地鐵盾構區間施工經驗出發，對盾構操作工藝參數進行初步制定，這一方面所涉及到的參數包括土壓推進速度、注漿及二次補注漿壓力的次數和數量、加泥量等。在確定盾構操作工藝參數之后，發揮測繪人員的作用，于盾構沿線地層對永久性觀點進行規范布設，以現代信息技術為支持進行監控，確保監控的全面化和實時化，以便更好的把握地面及各個地層在盾構掘進階段的具體反映，并以此為依據來對盾構掘進技術工藝參數進行優化調整，從而為整個地鐵盾構區間施工的順利進行提供可靠支持，降低沉降的發生幾率。

4.2 保證注漿效果

為確保地鐵盾構區間施工沉降獲得一個良好的效果，在實際施工過程中，必須要控制好注漿數量，從理論上來說，空隙倍率需在1.5-1.8之間，必要情況下需要通過二次補注漿來達到良好的注漿效果。地鐵盾構區間施工過程中，基于盾構常規段的實際情況出發，采取同步注漿的方式，加強注漿量控制，以確保滿足地面沉降的整體要求。若實際施工過程中需要穿越建筑物、構筑物或者湖區等，則有必要采取雙控措施，就是通過注漿壓力控制和注漿量控制的協調配合，來提升漿液的整體飽滿度，以便達到良好的注漿效果。盾尾施工過程中，需要加強同步注漿質量控制，確保其達到良好的密封狀態，盾尾密封過程中需調整好油脂的實際用量，堅決不可出現漏水或者漏漿的情況。

應當注意的是，地鐵盾構區間施工過程中，為達到沉降控制具體要求，需要在常規段施工過程中保持盾尾同步注漿，對于穿越建筑物、構筑物或者湖區的施工，需要對已完成結構外側的二次補注漿進行加強補漿，并對地面后期沉降進行嚴格控制，從而達到良好的盾構區間施工沉降控制效果。二次補注漿量的控制要以注漿壓力控制為重點，以確保控制的有效性。

4.3 嚴格控制土倉壓力

地鐵盾構區間施工沉降的處理，需要對土倉壓力進行嚴格控制。也就是說，在實際施工過程中必須要保證推進速度的合理化與穩定性，結合圖紙條件出發，對盾構掘進施工進行嚴格控制，以確保施工質量可靠。對于砂卵石層來說，在盾構區間施工過程中要控制好掘進施工速度，這與掘進土壓波動幅度大存在一定關系，在這一方面土壓控制也存在一定難度。在盾構掘進市廣播那個過程中，要掌握好推進的速度，確保螺旋輸送機轉速適宜，并在加泥和泡沫的過程中控制好加入量，通過各個方面的協調配合，來對土倉壓力進行科學控制，確保其處于穩定范圍之內[2]。土倉壓力的有效控制，需要對螺旋輸送機出土量與掘進速度之間關系進行調整，這就必須要依據信息技術來準確檢測洞內外各項數據信息，并基于此來對土樣進行具體分析，對圍巖變化進行科學判斷，此種方式下可以對地層特性進行反演，便于對土倉中設定平衡土壓力進行科學調整，為整個地鐵盾構區間施工的規范進行提供支持。

4.4 合理的管片拼裝方式

管片拼裝是地鐵盾構區間施工沉降控制過程中必須要重視的一個環節，必須要結合施工需求對待拼裝管片加以確定，在拼管片的同時需要將這一部位的千斤頂收起，待拼裝完成后，需令千斤頂處于頂緊的狀態，之后方可對下一管片進行拼裝。應當注意的是，若盾構處于長時間停頓狀態，盾構機自身重量和上部土體壓力往往會對盾構機機頭產生作用，導致其出現下沉或者后縮的情況，前方土壓明顯降低，地面沉降隨之出現。針對此種情況，在地鐵盾構區間施工沉降的處理過程中，要注意頂緊盾構自身千斤頂，于后部襯砌或另外加設千斤頂，對盾構下半部和后部襯砌管片進行有效支撐，這就能夠對盾構機前方土壓和上方土樣進行有效平衡，有效防范沉降問題的出現。

4.5 保證線性準確

曲線段推進盾構機時，盾構環環糾偏的情況下，必須要控制好每次糾偏量，并堅持勤糾。若存在曲線及坡度變化或者軟硬均勻度不足的問題，極易導致盾構機掘進過程中出現偏差，這就需要對盾構機姿態進行科學控制，對蛇形進行規范糾偏修正，最大程度上避免地層損失導致地層變形問題的出現。這一環節必須要控制好管片拼裝方向，為盾構正確掘進提供支持條件。

4.6 開展連續施工

地鐵盾構區間施工過程中，若盾構長時間停機，則無法有效保護土倉壓力，進而出現較大的地面沉降。因此在盾構區間施工過程中，要保證施工的連續性，盡量避免非正常停機，特殊情況下停機則需要控制好停機時間，科學選擇停機位置，以便于地面監測，并實現安全保障。地鐵盾構區間施工中必須要強化水玻璃、發泡劑、枕木等物質保障，也需要強化設備保障，包括盾構設備、龍門吊、充電機等，確保其性能優良且處于待使用狀態，為整個地鐵盾構施工的順利進行提供支持。

5? 地鐵盾構區間施工流程及注意事項

在本工程項目中，盾構區間施工過程中必須要做好施工籌劃，明確技術方案。本工程隧道采用復合式土壓平衡盾構機開展施工。地鐵盾構區間施工中，盾構機施工流程如圖1所示。

盾構區間施工安排方面，盾構掘進線路如圖2所示。在全面把握設計要求的基礎上，結合施工環境因素進行具體分析，擬通過兩臺EPBФ6240mm的復合式土壓平衡盾構機來對盾構區間進行掘進。

在地鐵盾構區間施工中，必須要結合實際施工需求科學選擇盾構機型，確保其性能與地質條件相符合，具有較強的適應性，以便加強地鐵盾構區間施工質量控制?；诠枮I地鐵3號線二期工程TJ-01標段招標文件和設計圖紙出發，參考盾構工程實例及技術規范，以可靠性和適用性等為原則來對盾構機型號加以選擇。盾構機選型過程中隧道設計與工期要求等相關數據信息如表1所示。

盾構機的應用，必須要確保其形式與地層相適應，盾構機進入施工現場之前必須要對盾構機進場方案和吊裝方案進行詳細制定，明確具體操作方案，并落實技術人員培訓，以確保掛鉤、指揮、焊接等各環節人員能夠密切配合，嚴格依照安全操作規程進行操作，以順利完成盾構吊裝任務。對于本工程TJ-01標來說，需明確總體部署，并做好下井前各項準備工作，包括吊機工作場地硬化和吊機安裝調試等，要準備好相關材料、設備和工具。盾構機下井吊裝過程如圖3所示。

盾構機吊裝必須要掌握具體操作方法，做好盾殼焊接施工，及時將多余物件割除并打磨噴漆。盾構掘進以進出洞為重點，這一方面要做好技術交底，全面監控施工質量與安全。對于本工程來說，要加強盾構掘進施工管理和設備日常維護，針對盾構施工特殊地段穿越及特殊情況進行有針對性處理，規范開展聯絡通道施工。

6? 結語

總而言之，地鐵工程大多處于城市繁華地段，周圍存在較多建筑物和地下管線等，一旦沉降事故發生會嚴重影響正常生活，甚至加大工程成本。地鐵盾構區間施工過程中，必須要通過有效的技術措施來處理沉降問題，以維護整個地鐵工程項目的綜合效益。對于哈爾濱地鐵3號線二期工程TJ-01標來說，要做到規范施工，并結合實際情況科學處理盾構區間施工沉降，有效降低盾構區間施工中的安全隱患，促進盾構區間施工任務的順利完成，以確保取得良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]彭再高，尹小波.長沙地鐵3號線盾構施工法引起的地表沉降及控制因素分析[J].河南科技，2018，633（07）：126-128.

[2]張建齊.地鐵盾構施工對地表沉降的影響研究[J].城市建設理論研究（電子版），2018，264（18）：119.

[3]蘇國琳.地鐵盾構區間施工沉降處理技術探討[J].工程建設與設計，2019（09）.

作者簡介：劉強（1973-），男，遼寧錦州人，工程師，盾構公司總經理助理，主要研究地鐵工程施工相關技術及負責項目管理工作。