李建偉

摘要：文章根據(jù)深圳地鐵盾構(gòu)施工的幾個(gè)實(shí)例，對(duì)盾構(gòu)施工引起地表沉降進(jìn)行了理論分析，以探索盾構(gòu)過(guò)建筑物前預(yù)測(cè)基礎(chǔ)的受力情況，并采用相應(yīng)的預(yù)加固措施。

關(guān)鍵詞：深圳地鐵；盾構(gòu)施工；地表沉降；地層損失；土體變形狀態(tài)

中圖分類(lèi)號(hào)：U455文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374(2009)13-0166-02

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展和盾構(gòu)工法在地鐵行業(yè)的廣泛應(yīng)用，地鐵施工引起的地表沉降問(wèn)題日益引起人們的關(guān)注，如何對(duì)盾構(gòu)施工所引起的沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)和相應(yīng)的技術(shù)措施成為了盾構(gòu)行業(yè)重要的課題。通過(guò)深圳地鐵盾構(gòu)施工的工程實(shí)例，將盾構(gòu)施工所引起的地面沉降進(jìn)行歸類(lèi)和分析。

在盾構(gòu)隧道施工中，地表沉降的表現(xiàn)形式有橫向地表沉降和縱向地表沉降，其中縱向地表沉降又可分為先行沉降、開(kāi)挖前的沉降和隆起、盾尾沉降、盾尾空隙沉降和后續(xù)沉降。引起地表沉降的原因是多方面的，主要有以下幾個(gè)方面：

1盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層損失造成的沉降；

2盾構(gòu)施工中引起地下水大量流失，從而導(dǎo)致地下水位降低，地層隨之固結(jié)沉降；

3盾構(gòu)施工過(guò)程中會(huì)存在地質(zhì)資料、建筑物基礎(chǔ)收集資料與事實(shí)不符而造成施工措施選擇不當(dāng)引起建筑物開(kāi)裂；

4盾構(gòu)襯砌結(jié)構(gòu)的變形；

5地層原始應(yīng)力狀態(tài)的改變、受擾動(dòng)土體的固結(jié)及土體的蠕變效應(yīng)。

以下對(duì)盾構(gòu)施工引起的沉降問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。

一、地層損失造成地表沉降分析

(一)引起地層損失的因素

在深埋隧道中，盾構(gòu)施工會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，造成一定范圍的土體成為松土而產(chǎn)生地層損失。根據(jù)理論分析和工程實(shí)例總結(jié)，引起地層損失主要因素如下：

1開(kāi)挖面土體移動(dòng)；

2盾構(gòu)后退；

3土體擠入盾尾空隙；

4改變推進(jìn)方向；

5隨盾構(gòu)推進(jìn)而移動(dòng)的盾構(gòu)正面障礙物，使地層在盾構(gòu)通過(guò)后產(chǎn)生的空隙無(wú)法及時(shí)壓漿填充，引起地層損失；

6盾殼移動(dòng)對(duì)地層的摩擦和剪切；

7在土壓作用下，隧道襯砌產(chǎn)生的變形，將引起少量的地層損失；

8隧道襯砌沉降較大時(shí)，將引起地層損失。

(二)加固方法

松動(dòng)范圍按太沙基公式計(jì)算，當(dāng)松動(dòng)范圍有建筑物基礎(chǔ)時(shí)，落人該范圍內(nèi)的樁身部分可假定將失去土體摩阻力，若樁底落入該范圍或在豎直方向接近于該范圍理論上會(huì)完全或部分失去樁端承載力。而對(duì)其受到影響的建筑物加固方法為：

1樁基末侵入隧道，但剩余樁基承載力不滿(mǎn)足原設(shè)計(jì)要求，可通過(guò)預(yù)注漿以提高樁基承載力，同時(shí)，在盾構(gòu)通過(guò)時(shí)在地面采用跟蹤注漿，可確保既有建筑物的安全。

2樁基已侵入隧道，需對(duì)樁基進(jìn)行梁式托換或板基基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換，必要時(shí)切斷原樁。

二、地下水流失造成建筑物沉降分析

在深埋隧道中，地層損失造成的建筑物的沉降主要影響的是端承樁，而地下水大量流失造成地下水位下降則主要影響的是淺基礎(chǔ)和長(zhǎng)度較短的摩擦樁，特別是基礎(chǔ)以下存在間隙率較大的地層，如中、粗砂層所造成的沉降較大。

由于土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中，拱頂同步注漿普遍存在不密實(shí)情況，導(dǎo)致拱頂處沿隧道方向存在水力連通，當(dāng)盾構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間停止掘進(jìn)時(shí)，地下水容易從盾構(gòu)機(jī)后方流至開(kāi)挖面，引起地下水大量流失，當(dāng)?shù)貙悠鸱^大的地層或存在地質(zhì)鉆孔封孑L質(zhì)量不好時(shí)，容易與上部地層形成水力通道，直接貫通隔水層引起地下水位下降；另外在含水量較大的地層中停機(jī)也會(huì)造成開(kāi)挖面較大的水量流失。如在深圳地鐵一個(gè)工程實(shí)例，由于隧道上層覆土較淺，且土質(zhì)松散，并有部分未封堵的地質(zhì)鉆孔，由于形成上下貫通的水力通道，當(dāng)盾構(gòu)推過(guò)時(shí)，地下水下降達(dá)2米多，引起地表沉降達(dá)120毫米，當(dāng)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、加大注漿量時(shí)，地表存在冒漿現(xiàn)象。

三、穿越建(構(gòu))筑物掘進(jìn)參數(shù)的控制與施工監(jiān)測(cè)

前面所論述盾構(gòu)引起建筑物沉降是建立于盾構(gòu)采用正確的掘進(jìn)參數(shù)情況下的一種預(yù)測(cè)，對(duì)一些預(yù)測(cè)沉降量較大的建筑物采用提前加固的措施。在實(shí)際施工中，如何控制好掘進(jìn)參數(shù)，是對(duì)建筑物保護(hù)的一項(xiàng)最基本、最重要的措施。盾構(gòu)穿越房屋時(shí)，掘進(jìn)參數(shù)的選擇如下：

1準(zhǔn)確計(jì)算各種地層的理論土方出土量，施工中必須嚴(yán)格按計(jì)算結(jié)果控制好實(shí)際出土量；

2采用土壓平衡式掘進(jìn)，合理地設(shè)定土壓力值；

3當(dāng)穿越沉降敏感地層或大量地下水區(qū)域時(shí)，必須采用全土壓掘進(jìn)；

4通過(guò)建(構(gòu))筑物時(shí)應(yīng)保持連續(xù)掘進(jìn)；

5控制好盾構(gòu)姿態(tài)，避免因糾偏而造成超挖；

6同步注漿和二次注漿必須到位，確保管片與地層間隙密實(shí)；

7采用耐磨性較高的刀具，減少換刀次數(shù)，制定合理的換刀計(jì)劃，提前在建(構(gòu))筑物前做好換刀工作，避免盾構(gòu)在建(構(gòu))筑物下停留；

8控制襯砌拼裝偏差，提高隧道質(zhì)量，減少后期沉降。

另外，在掘進(jìn)過(guò)程中，必須做好施工監(jiān)測(cè)，及時(shí)地反饋給現(xiàn)場(chǎng)指揮，及時(shí)掌握地面沉降情況。

四、盾構(gòu)施工對(duì)土體變形狀態(tài)的影響

土體受施工擾動(dòng)是產(chǎn)生土體附加位移的主要原因，施工擾動(dòng)引起土體應(yīng)力變化并導(dǎo)致土體位移，而土體位移主要是由其主固結(jié)壓縮，彈塑性剪切和粘性時(shí)效蠕變?nèi)叩慕M合。研究表明，土體受擾動(dòng)范圍越大，地表中心沉降也越大，盾構(gòu)通過(guò)時(shí)的沉降與土體擾動(dòng)范圍大致呈線性關(guān)系。土體受擾動(dòng)范圍與推進(jìn)時(shí)的頂力、回填注漿時(shí)間以及覆蓋層厚度H與隧道外徑D之比H／D有關(guān)。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的頂力越大，盾構(gòu)工作面前方土體的擠壓程度越高，土體受擾動(dòng)程度也越大，表現(xiàn)為地表中心沉降量也越大；盾構(gòu)通過(guò)后與實(shí)施回填注漿的時(shí)間間隔時(shí)間越長(zhǎng)，土體應(yīng)力釋放程度越高，即土體應(yīng)力擾動(dòng)程度越大，地表總沉降也越大；覆蓋層厚度與隧道外徑之比H／D越大，地表受到的擾動(dòng)越小，地表中心沉降位移也越小。

由于盾構(gòu)在推進(jìn)中的擠壓作用和盾尾的壓漿作用等施工因素，使周?chē)貙有纬烧档某紫端畨毫^(qū)。其超孔隙水壓力在盾構(gòu)隧道施工后的一段時(shí)間內(nèi)消散復(fù)原，在此進(jìn)程中地層發(fā)生排水固結(jié)變形，地層因孔隙水壓力變化產(chǎn)生的地面沉降，稱(chēng)之為主固結(jié)沉降。土體受到擾動(dòng)后，土體骨架還發(fā)生持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的壓縮變形，在此土體蠕變過(guò)程中產(chǎn)生的地面沉降稱(chēng)為次固結(jié)沉降。在孔隙比和靈敏度較大的軟塑和流塑粘土中，次固結(jié)沉降往往要持續(xù)幾年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，它所占總沉降量比例可高達(dá)35％以上。

五、結(jié)語(yǔ)

1本文所推導(dǎo)的方法可以用來(lái)確定盾構(gòu)推過(guò)時(shí)對(duì)地表和地面建筑物的影響程度，并采用相應(yīng)的加固措施。

2本文通過(guò)理論知識(shí)和工程類(lèi)比法，在控制地表變形和穿越建筑物過(guò)程中，如何選擇好掘進(jìn)參數(shù)和施工監(jiān)測(cè)方法。

3本文方法簡(jiǎn)單、直觀，較易掌握，通過(guò)多個(gè)盾構(gòu)工程的實(shí)踐檢驗(yàn)，具有較強(qiáng)的適用性。