復(fù)雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降研究

付彬彬

中鐵二十二局集團(tuán)第三工程有限公司（361000）

0 前言

在當(dāng)前社會(huì)城市化發(fā)展中，為了更好地改善城市交通，不少城市修建了地鐵，解決了道路擁擠的問題，提高了人們的出行質(zhì)量。但是，在地鐵隧道工程施工中，在面臨復(fù)雜地質(zhì)條件下會(huì)出現(xiàn)地表沉降的可能，無法滿足城市地鐵隧道的施工需求。因此，在地鐵隧道施工中，施工單位應(yīng)該結(jié)合城市地鐵隧道的工程特點(diǎn)，分析影響地表沉降的現(xiàn)象問題，通過工程地形、地質(zhì)及水文等具體狀況，明確隧道地表沉降的施工方案，以保證地鐵隧道施工的安全性。

1 工程概況

1.1 工程項(xiàng)目特點(diǎn)

以某地區(qū)地鐵隧道施工為例，該工程項(xiàng)目條件相對(duì)復(fù)雜，位于兩個(gè)街道的交叉口位置，工程全長224.20 m，地下車站為雙層島式，主體的結(jié)構(gòu)跨度為23 m，其中有效站臺(tái)中心高程為51 m，隧道寬度為21.60 m。 結(jié)合工程地層特點(diǎn)，土層相對(duì)松散、柔弱，存在著較為明顯的不穩(wěn)定因素。 在鉆孔勘探中發(fā)現(xiàn)，土層包括礫砂、粗砂及粉質(zhì)黏土等，地層環(huán)境相對(duì)復(fù)雜[1]。

1.2 復(fù)雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降的危害

通過對(duì)復(fù)雜環(huán)境下地鐵隧道施工狀況的分析，地鐵隧道施工中地表沉降會(huì)引發(fā)一定危害。①地鐵隧道施工會(huì)面臨環(huán)境復(fù)雜的問題， 工程環(huán)節(jié)較多，要遵守的流程多， 若任何一項(xiàng)施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)降低地鐵隧道施工的安全性及質(zhì)量；②根據(jù)地鐵隧道施工的特點(diǎn)，地表沉降是影響施工質(zhì)量的主要原因。 發(fā)生沉降會(huì)嚴(yán)重干擾地鐵隧道的建設(shè)工序，延長施工時(shí)間，增加城市地鐵隧道施工的安全隱患。

2 復(fù)雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降問題

2.1 土地固結(jié)壓實(shí)引發(fā)的沉降問題

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，城市地鐵隧道施工中，土地固結(jié)壓實(shí)主要是指土體在實(shí)際施工挖動(dòng)之后，施工機(jī)械在一定程度上會(huì)引發(fā)的松動(dòng)問題，導(dǎo)致土體空隙水壓會(huì)在環(huán)境的作用下消失，蓬松土體的孔隙結(jié)實(shí)、隧道土地結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，若這些問題不能及時(shí)解決，會(huì)影響城市地鐵隧道工程施工的穩(wěn)定性，嚴(yán)重情況下會(huì)引發(fā)地表沉降的問題。 在地鐵隧道的實(shí)際施工中，大部分工程是在地下進(jìn)行的，施工中會(huì)采用盾構(gòu)施工的方法，施工單位需要將大量的機(jī)械設(shè)備融入其中。 這種情況下，土體在被挖洞及機(jī)械設(shè)備的作用下，會(huì)影響土地的整體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致原有土層松散，降低地鐵隧道施工的穩(wěn)定性。 對(duì)于固結(jié)壓密及變形的狀況，主要是原有土體結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)、堅(jiān)硬，引發(fā)土體沉降。 在施工中，機(jī)械會(huì)挖動(dòng)土層，原本堅(jiān)固的土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化， 削弱了土體的整體結(jié)構(gòu)，最終出現(xiàn)土層推移及變形，地鐵隧道工程在這種因素的影響下會(huì)造成地表上建筑物的安全隱患[2]。

2.2 復(fù)雜群洞隧道引發(fā)的沉降問題

結(jié)合城市地鐵隧道施工狀況，隧道施工及開挖會(huì)面臨地下洞室的現(xiàn)象，需要科學(xué)選擇施工方案，以避免地鐵體表沉降可能的發(fā)生。 地鐵施工單位在群孔開挖中，會(huì)遇到地表沉降及圍巖應(yīng)力重新分布的問題，通過剪切以及張力的施壓，科學(xué)計(jì)算土層的作用狀態(tài)，選擇科學(xué)性的開挖設(shè)計(jì)體系，以保證巖層工程施工的穩(wěn)定性，避免地面沉降的發(fā)生可能，為地鐵工程施工方案的完善及地鐵施工工序的優(yōu)化提供參考。

2.3 地表沉降槽系數(shù)變化引發(fā)的問題

通過對(duì)城市地鐵隧道施工狀況的分析，地表沉降會(huì)引發(fā)槽系數(shù)改變的問題，這種改變會(huì)直接導(dǎo)致地表沉降問題。 地鐵隧道施工會(huì)受到盾構(gòu)埋深及實(shí)際工程盾構(gòu)半徑的影響。 盾構(gòu)埋深主要是指隧道施工的實(shí)際深度。 當(dāng)?shù)罔F隧道施工遇到盾構(gòu)深度與地面實(shí)際情況不同時(shí)，會(huì)使車槽系數(shù)變化，導(dǎo)致地鐵隧道地表沉降。 在地表沉降槽系數(shù)及地表沉降程度變化中，盾構(gòu)施工深度變淺，地表系數(shù)會(huì)逐漸降低，地表的沉降會(huì)隨著沉降槽減小逐漸增加，無法滿足地鐵隧道工程穩(wěn)定性的施工需求[3]。

3 復(fù)雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降的優(yōu)化策略

3.1 明確地鐵隧道施工工序

在城市地鐵隧道施工中，為了避免地表沉降問題的發(fā)生，施工單位應(yīng)該針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件的特點(diǎn)，確定具體的隧道施工方案。

1）確定隧道施工的開挖工序，對(duì)導(dǎo)洞及扣拱周邊進(jìn)行加固，并在加固完成之后，進(jìn)行隧道的開挖處理，以增強(qiáng)地鐵隧道施工的穩(wěn)定性。 如隧道施工之前， 可以預(yù)測(cè)隧道施工所引發(fā)的地表沉降的問題，合理模擬隧道的支護(hù)力學(xué)效應(yīng)，并通過二維接觸單元對(duì)錨桿的受力狀況進(jìn)行研究，確定具體的隧道施工方案，保證隧道受力分布及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)規(guī)律的一致，為地鐵隧道的穩(wěn)定施工提供參考。

2）在數(shù)值模擬及理性模型試驗(yàn)中，隧道施工單位應(yīng)該對(duì)管線的影響因素進(jìn)行分析，明確地面沉降控制參數(shù)，通過施工方案的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的控制，保持離心試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量反應(yīng)的一致性，使施工階段的管道處于安全狀態(tài)，避免地表沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

3）在加固施工之后，需要明確隧道的開挖方案，科學(xué)選擇支撐方案，使用小型導(dǎo)管進(jìn)行超前的預(yù)先注漿施工，增強(qiáng)地鐵隧道工程施工的穩(wěn)定性。 超前小導(dǎo)管使用中，為了避免圍巖力學(xué)結(jié)構(gòu)的改變，應(yīng)該確定力學(xué)性能通過注漿加固，保證工程施工的穩(wěn)定性，以更好提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度[4]。

3.2 暗挖施工方法

結(jié)合地鐵隧道施工的特點(diǎn)，根據(jù)城市外界環(huán)境的影響，通常會(huì)選擇暗挖隧道的方法。 如覆土淺作為淺埋暗挖的主要方法，通常被運(yùn)用在軟弱圍巖土層之中。 為了保證地表施工的穩(wěn)定性，工程單位應(yīng)該對(duì)軟弱土層進(jìn)行加固處理。①初期使用格柵加錨噴混凝土加固；②使用混凝土進(jìn)行加固處理，以提高地鐵隧道施工的整體質(zhì)量。

3.3 噴錨支護(hù)方法

在復(fù)雜條件下城市地鐵隧道地表沉降工程施工中，為了保證各項(xiàng)工序的穩(wěn)步進(jìn)行，應(yīng)該采用噴錨支護(hù)技術(shù)進(jìn)行隧道工程加固處理。

1）確定噴錨施工工序的基本方案，按照混凝土噴層、錨桿及圍巖的共同作用，避免出現(xiàn)巖土松動(dòng)和分離的問題。

2）穩(wěn)定圍巖結(jié)構(gòu)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)巖體破碎的問題，通過混凝土噴層工序的完善，可以增強(qiáng)噴錨支出施工的穩(wěn)定性。

3）針對(duì)噴射混凝土的工程特點(diǎn)，在支護(hù)技術(shù)使用中，會(huì)出現(xiàn)混凝土裂縫及混凝土脫落的問題。 為了避免這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，可以增加增強(qiáng)劑及水玻璃等材料提高混凝土的黏結(jié)度，以逐漸提高工程施工的穩(wěn)定性。

4）在復(fù)雜條件下的地鐵隧道施工中，為了避免地表沉降的發(fā)生，應(yīng)該選擇合理的注漿施工工藝。施工單位需要結(jié)合地表沉降的裂縫、孔洞及不穩(wěn)定地層的情況，進(jìn)行堵水或是加固施工，提高地鐵隧道施工的穩(wěn)定性，為城市化的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

在地鐵隧道施工中，為了避免地表沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)，施工單位應(yīng)該系統(tǒng)分析復(fù)雜地質(zhì)條件的特點(diǎn)，根據(jù)復(fù)雜地質(zhì)對(duì)地鐵隧道穩(wěn)定性的影響，構(gòu)建針對(duì)性的處理方案，以保證地鐵隧道施工的穩(wěn)步進(jìn)行，提高地鐵隧道施工的整體質(zhì)量。 地鐵隧道施工單位根據(jù)需要分析引發(fā)地鐵隧道的沉降原因，通過對(duì)隧道施工開挖工序的明確、暗挖、噴錨支護(hù)及注漿方案的完善，保證各項(xiàng)施工方案的穩(wěn)步進(jìn)行，以提升復(fù)雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降處理的有效性，為城市地鐵工程質(zhì)量的提升提供參考。