论文部分内容阅读
摘要：随着经济社会的不断进步，地铁己经逐渐成为发达城市的重要交通要到，在一定程度上缓解了交通压力。在地铁建设中必须要加强对沉降的观测，并加以控制、在为城市地铁隧道进行盾构施工时，由于施工环境能很大程度上避免施工影响，因此要严格控制地表沉降，保证施工质量。
关键词：地铁盾构；隧道施工；地表沉降
1地铁隧道盾构法施工原理
盾构法自法国工程师布鲁诺尔Isis年发明以来，至今已有一百多年的历史，其发展迅速，已广泛应用于德国、美国、日本、法国和中国等。
地铁隧道盾构法施工就是在盾构的掩护下连续安全地进行地层开挖与管片衬砌支护工作，其基本构造包括盾构壳体、刀盘、人闸系统、螺旋输送机与保压泵喳装置、铰接装置、盾尾密封装置、管片拼装机和管片整圆器、刀盘驱动系统、盾构推进系统、同步注浆系统、泡沫发生系统、膨润土设备、数据采集系统、sLS-T隧道导向系统、后配套设备等部分，其主要施工工序包括盾构的安设与拆卸、土体开挖与推进、衬砌拼装与防水等部分。
盾构法施工时，首先根据地铁规划设计，在隧道某段的一端用明挖法建造基坑，然后再其内安装盾构机，当盾构就位后，先向开挖面掘进相当于装配式衬砌宽度的土体（一般为1.5m），安装盾构反力架等设备，形成外部支撑，然后在盾壳的掩护下利用千斤顶将切口环向前项入土层进行地层开挖、装配衬砌，随后盾构靠顶在已拼装好的衬砌环上的千斤顶向前的推力来克服盾构掘进中所遇到的地层阻力，保持盾构能均匀连续前进。
2地表沉降的产生原因
2.1地层损失引发地面沉降
地铁隧道的施工中，盾构施工将对相应的土体产生扰动，从而引发一定范围内土体成为松土而造成地层的损失，根据相应的理论分析和实际工程项目实例的总结，引起地层损失的因素包括开挖面的土体移动；盾构的后退；土体挤入了盾尾空隙；推移方向的改变；盾构正面障碍物，从而使地层在盾构通过后产生的空隙难以压浆填充引发地层损失；盾壳在移动后对地层产生了摩擦和剪切；在土体压力的作用下，地铁隧道的衬砌产生了形变引发的地层损失；当隧道衬砌具有较大的沉降时也将引发地层损失。
2.2覆土厚度H和盾构外径D的影响
盾构外径越大，由盾构施工引起的单位长度的地层损失就越大，在相同地面沉降槽宽度下，最大地面沉降也随着增大；而隧道覆土厚度越大，则最大地面沉降值就会越小，但地面沉降槽宽度会越大。最大地面沉降随覆土厚度H与盾构外径D的比值即H/D的增大而减小。
2.3地下水流失造成地面沉降
深埋隧道的施工中，地层损失所造成的地面沉降主要对建筑物的端承桩造成影响。而地下 水流失所造成的地下水位下 降则主要对建筑物的浅基础以及长度較短的摩擦桩造成影响。尤其是桩基基础以下间隙率较大的地层，例如中粗砂层，其所造成的沉降较大。在土压平衡式盾构机器掘进过程中，普遍存在拱顶同步注浆不密实的状况，从而导致了拱顶处沿着地铁隧道方向水力连通。而当盾构机器长时间停比掘进作业时，地下水容易从盾构机的后方流向开挖面，从而引发了地下水流失。而当地层起伏较大，或是地层存在地质钻孔、封孔的质量不良时容易与上部地层造成水力通道，贯通隔水层引发地下水水位下降，此外含水量较大的地层中，盾构机的停止掘进也将导致开挖面较大的水量流失。
3盾构隧道施工监测内容
1）沉降监测观测点布设：对建（构）筑物进行沉降监测，首先在施工场地影响范围外，选取稳定的沉降基准点，建立水准控制网及固定观测路线，获得准确可靠的监测起算数据。①地表沉降监测点：利用钻孔机械在地面钻孔至规定深度，并在孔中埋设预制钢筋，通过填充细沙等材料进行夯实，设置好的监测点位移动变形。②建筑物沉降监测的标志应选用专业机械进行加工，立尺部位需有较明显的突出点，也可加工成半球形以便立尺，最后涂刷防腐材料进行防腐处理。③地下管线监测点布设：地下管线如设置有检查井，则可直接把监测点布设在井下管线上或管线承载体上；由于地质等其他外界条件的影响，没有设置检查井且无法开挖的管线，应在地表埋设问接的沉降观测点。
2）隧道管片隆沉监测：采用盾构法进行隧道施工时，盾构机影响范围为始发端前及到达端后的30-40m内，按照每隔20m布设变形监测的断面；其他影响区域则是每隔50m设置。通过在每个监测断面布设管片隆起沉降监测点，可获得管片隆沉的数据。
3）裂缝监测：建（构）筑物上出现裂缝是一种较常见的安全隐患，各种裂缝由于形成的原因不同，产生的危害也不一致。因此，为保证建（构）筑物施工期问及投入运营后的安全，应对裂缝的现状及发展状况进行实时监测。
4）隧道管片水平收敛监测：在盾构隧道施工监测时，应每隔10m设置一个监测断面，对隧道管片的水平收敛情况进行监测。一般情况下，每个断面布置3个收敛观测点，且在监测主断面处需增设2个。
4控制地表沉降的有效对策
（1）在地铁隧道施工过程中，选取线路必须要考虑如果隧道发生了沉降，对隧道顶以及周围的建筑会造成那种影响。运用盾构法施工，要充分考虑地面的建筑和软弱的底层，能够避开建筑群就避开，无法避开时要使建筑处于均匀的沉陷区内。如果隧道施工是双线进行，在不同时段施工，此种情况要考虑到会发生二次沉降，设计时应当充分考虑到这一因素并且经过相关的测算，对地表变形的程度和危害性作出正确的预测，并对相关数据进行统计和记录。
（2）在施工过程中减少对地层的影响
①在施工前要进行前期考察，重点是待施工区域的地质条件、地下 水的基本情况等，对可能出现的地表变形提前做出应对措施，制定详尽的防水、防塌处理的方案。
②要保证施工的连续性和稳定的施工速度。盾构在停比推进时，会受到土的压力，自然地后退。这种后退要通过一些相应的措施来尽量减小，在施工时候要保证匀速，并且尽量不让盾构停比推进，如果确实因为盾构的原因需要检修，要做好防止后退的应对，正面和盾尾需要封闭严密，确保地表的沉降控制在最小范围内。
③在盾构向前推进时候，要严格控制开挖面的出土量。根据经验，一般采用挤压式盾构，如果能够将放土量控制在理论土方量的八成到九成之间，此时地表一般不会出现隆起。
④要控制盾构向前推进时的纠偏。需提前对施工作业面进行详尽的测量，让盾构保持在设计断面上，尽可能地不会出现偏斜，这样就避免了纠偏过程中产生的土层扰动。
⑤在施工中要根据实际情况来选择选用何种正面支撑来或保证土体稳定。如果用土压平衡式盾构，不会改变地下水位，能够尽可能地减少由地下水位变化引起的沉降。
（3）做好盾尾的建筑空隙的充填压浆
①保证管片的施工质量，控制管片的强度、尺寸等，做好防水层，并且管片的拼装必须严密，保证其防水性能。要及时注压，缩短暴露时间，防止坍塌。
②需要从材料的性能上入手进行必要的改良，伴浆必须按照一定的比例配比，提高注浆材料的抗水性能。
③要保证压注数量，控制注浆压力。注浆材料要产生收缩，因此压注量必须超过理论建筑空隙的体积，应超过100Ic左右，或在注浆材料中掺加膨胀剂。但是，过量的压注会引起地表隆起及局部沿着地下水跑浆等现象，对管片受力状态也有影响。由于盾构纠偏、局部超挖、地层存在孔隙等原因，往往使实际的建筑空隙很难正确估计。因此，还应以控制注浆压力作为充填程度的标准。
5结语
综上所述，隧道盾构法施工所引起的地表沉降的因素有很多。为了保证施工质量，施工单位应该多方面的了解施工情况，确定最佳的施工方案，加强对沉降因素的检测，有效控制沉降现象，努力使施工的质量达到要求
（作者单位：宏润建设集团股份有限公司）
关键词：地铁盾构；隧道施工；地表沉降
1地铁隧道盾构法施工原理
盾构法自法国工程师布鲁诺尔Isis年发明以来，至今已有一百多年的历史，其发展迅速，已广泛应用于德国、美国、日本、法国和中国等。
地铁隧道盾构法施工就是在盾构的掩护下连续安全地进行地层开挖与管片衬砌支护工作，其基本构造包括盾构壳体、刀盘、人闸系统、螺旋输送机与保压泵喳装置、铰接装置、盾尾密封装置、管片拼装机和管片整圆器、刀盘驱动系统、盾构推进系统、同步注浆系统、泡沫发生系统、膨润土设备、数据采集系统、sLS-T隧道导向系统、后配套设备等部分，其主要施工工序包括盾构的安设与拆卸、土体开挖与推进、衬砌拼装与防水等部分。
盾构法施工时，首先根据地铁规划设计，在隧道某段的一端用明挖法建造基坑，然后再其内安装盾构机，当盾构就位后，先向开挖面掘进相当于装配式衬砌宽度的土体（一般为1.5m），安装盾构反力架等设备，形成外部支撑，然后在盾壳的掩护下利用千斤顶将切口环向前项入土层进行地层开挖、装配衬砌，随后盾构靠顶在已拼装好的衬砌环上的千斤顶向前的推力来克服盾构掘进中所遇到的地层阻力，保持盾构能均匀连续前进。
2地表沉降的产生原因
2.1地层损失引发地面沉降
地铁隧道的施工中，盾构施工将对相应的土体产生扰动，从而引发一定范围内土体成为松土而造成地层的损失，根据相应的理论分析和实际工程项目实例的总结，引起地层损失的因素包括开挖面的土体移动；盾构的后退；土体挤入了盾尾空隙；推移方向的改变；盾构正面障碍物，从而使地层在盾构通过后产生的空隙难以压浆填充引发地层损失；盾壳在移动后对地层产生了摩擦和剪切；在土体压力的作用下，地铁隧道的衬砌产生了形变引发的地层损失；当隧道衬砌具有较大的沉降时也将引发地层损失。
2.2覆土厚度H和盾构外径D的影响
盾构外径越大，由盾构施工引起的单位长度的地层损失就越大，在相同地面沉降槽宽度下，最大地面沉降也随着增大；而隧道覆土厚度越大，则最大地面沉降值就会越小，但地面沉降槽宽度会越大。最大地面沉降随覆土厚度H与盾构外径D的比值即H/D的增大而减小。
2.3地下水流失造成地面沉降
深埋隧道的施工中，地层损失所造成的地面沉降主要对建筑物的端承桩造成影响。而地下 水流失所造成的地下水位下 降则主要对建筑物的浅基础以及长度較短的摩擦桩造成影响。尤其是桩基基础以下间隙率较大的地层，例如中粗砂层，其所造成的沉降较大。在土压平衡式盾构机器掘进过程中，普遍存在拱顶同步注浆不密实的状况，从而导致了拱顶处沿着地铁隧道方向水力连通。而当盾构机器长时间停比掘进作业时，地下水容易从盾构机的后方流向开挖面，从而引发了地下水流失。而当地层起伏较大，或是地层存在地质钻孔、封孔的质量不良时容易与上部地层造成水力通道，贯通隔水层引发地下水水位下降，此外含水量较大的地层中，盾构机的停止掘进也将导致开挖面较大的水量流失。
3盾构隧道施工监测内容
1）沉降监测观测点布设：对建（构）筑物进行沉降监测，首先在施工场地影响范围外，选取稳定的沉降基准点，建立水准控制网及固定观测路线，获得准确可靠的监测起算数据。①地表沉降监测点：利用钻孔机械在地面钻孔至规定深度，并在孔中埋设预制钢筋，通过填充细沙等材料进行夯实，设置好的监测点位移动变形。②建筑物沉降监测的标志应选用专业机械进行加工，立尺部位需有较明显的突出点，也可加工成半球形以便立尺，最后涂刷防腐材料进行防腐处理。③地下管线监测点布设：地下管线如设置有检查井，则可直接把监测点布设在井下管线上或管线承载体上；由于地质等其他外界条件的影响，没有设置检查井且无法开挖的管线，应在地表埋设问接的沉降观测点。
2）隧道管片隆沉监测：采用盾构法进行隧道施工时，盾构机影响范围为始发端前及到达端后的30-40m内，按照每隔20m布设变形监测的断面；其他影响区域则是每隔50m设置。通过在每个监测断面布设管片隆起沉降监测点，可获得管片隆沉的数据。
3）裂缝监测：建（构）筑物上出现裂缝是一种较常见的安全隐患，各种裂缝由于形成的原因不同，产生的危害也不一致。因此，为保证建（构）筑物施工期问及投入运营后的安全，应对裂缝的现状及发展状况进行实时监测。
4）隧道管片水平收敛监测：在盾构隧道施工监测时，应每隔10m设置一个监测断面，对隧道管片的水平收敛情况进行监测。一般情况下，每个断面布置3个收敛观测点，且在监测主断面处需增设2个。
4控制地表沉降的有效对策
（1）在地铁隧道施工过程中，选取线路必须要考虑如果隧道发生了沉降，对隧道顶以及周围的建筑会造成那种影响。运用盾构法施工，要充分考虑地面的建筑和软弱的底层，能够避开建筑群就避开，无法避开时要使建筑处于均匀的沉陷区内。如果隧道施工是双线进行，在不同时段施工，此种情况要考虑到会发生二次沉降，设计时应当充分考虑到这一因素并且经过相关的测算，对地表变形的程度和危害性作出正确的预测，并对相关数据进行统计和记录。
（2）在施工过程中减少对地层的影响
①在施工前要进行前期考察，重点是待施工区域的地质条件、地下 水的基本情况等，对可能出现的地表变形提前做出应对措施，制定详尽的防水、防塌处理的方案。
②要保证施工的连续性和稳定的施工速度。盾构在停比推进时，会受到土的压力，自然地后退。这种后退要通过一些相应的措施来尽量减小，在施工时候要保证匀速，并且尽量不让盾构停比推进，如果确实因为盾构的原因需要检修，要做好防止后退的应对，正面和盾尾需要封闭严密，确保地表的沉降控制在最小范围内。
③在盾构向前推进时候，要严格控制开挖面的出土量。根据经验，一般采用挤压式盾构，如果能够将放土量控制在理论土方量的八成到九成之间，此时地表一般不会出现隆起。
④要控制盾构向前推进时的纠偏。需提前对施工作业面进行详尽的测量，让盾构保持在设计断面上，尽可能地不会出现偏斜，这样就避免了纠偏过程中产生的土层扰动。
⑤在施工中要根据实际情况来选择选用何种正面支撑来或保证土体稳定。如果用土压平衡式盾构，不会改变地下水位，能够尽可能地减少由地下水位变化引起的沉降。
（3）做好盾尾的建筑空隙的充填压浆
①保证管片的施工质量，控制管片的强度、尺寸等，做好防水层，并且管片的拼装必须严密，保证其防水性能。要及时注压，缩短暴露时间，防止坍塌。
②需要从材料的性能上入手进行必要的改良，伴浆必须按照一定的比例配比，提高注浆材料的抗水性能。
③要保证压注数量，控制注浆压力。注浆材料要产生收缩，因此压注量必须超过理论建筑空隙的体积，应超过100Ic左右，或在注浆材料中掺加膨胀剂。但是，过量的压注会引起地表隆起及局部沿着地下水跑浆等现象，对管片受力状态也有影响。由于盾构纠偏、局部超挖、地层存在孔隙等原因，往往使实际的建筑空隙很难正确估计。因此，还应以控制注浆压力作为充填程度的标准。
5结语
综上所述，隧道盾构法施工所引起的地表沉降的因素有很多。为了保证施工质量，施工单位应该多方面的了解施工情况，确定最佳的施工方案，加强对沉降因素的检测，有效控制沉降现象，努力使施工的质量达到要求
（作者单位：宏润建设集团股份有限公司）