王必顺
昆明地铁建设管理有限公司
摘要：当前，隧道盾构掘进工程项目在我国各地均有开展。在复合地层条件下，盾构穿越房屋群及河流时，容易使地表沉降超过允许的值。对此，笔者结合自身工作经历，以某市地铁贡献项目建设为背景，简要探讨了这种条件下的沉降控制技术，希望能促进我国盾构穿越施工技术水平的提升。
关键词：复合地层；盾构；沉降；控制
在我国社会改革开放进程不断深化的今天，城市成为越来越多人向往的地方，我国的城市规模不断扩大，人口数量急剧增长，这使得我国的许多城市，尤其是那些特大城市、省会城市出现了较为严重的城市病，其中交通拥堵就是十分影响人们正常生活的问题。为了有效的解决这类问题，我国的许多城市，借鉴国内外相关城市的发展经验，积极发展地下铁道交通（简称地铁）。目前，我国的北京、上海、广州、深圳、杭州、郑州、武汉、成都等各地城市已经建成了大批的地铁线路并投入运行，而且还在大举进行建设新线路。很明显，城市地铁线路的运行，促进了这些城市的发展，一定程度上缓解了交通拥堵问题。
随着时代的发展，城市地铁的施工进度必将持续加快，在这样的背景下，有一些线路需要穿越复合地层条件，在地铁隧道盾构穿越这些复合地层条件的地区时，必然会对地面上的房屋群和河流产生一定的影响，最主要的就是沉降问题。为此，迫切需要对这些沉降发生机理进行分析，并采取一定的有效措施，对这些沉降进行控制，使这些沉降不会对建筑物的安全、河流的平稳运行造成影响。在盾构隧道掘进过程中，控制地层的塌陷和地表沉降目前已成为隧道盾构施工质量的主要控制目标，也是隧道盾构施工过程中，相关设计方案、施工技术合理性、先进性的重要体现。
一、工程概述
为了更好的阐述复合地层条件下，盾构穿越房屋群及河流的沉降控制技术，本文结合笔者自身工作经历，以某市地铁线路的一段区间的盾构工程施工为例，论述其中采取的沉降控制技术。
某市地铁线路的一段盾构区间全长1.7千米，沿线需要穿越一条河流、一座铁路桥和20多栋层高均在15层以上的建筑物；盾构区间的地质经过前期勘察，发现地质变化起伏程度较大，属于复合地层，地层的呈现软硬不均、地层空洞的特征；经过的河流河床宽42.7米，河床底距左线隧道顶最近的位置只有7.2米，而且其中还存在3.8米厚的中砂层，这段砂层是软硬不均地质。
如下为穿越的此段区间的地质断面图。
二、盾构穿越法论述
在本次讨论的地铁线路建设的过程中，采取的隧道施工方法就是盾构法。因为采取盾构法进行施工，不仅能够使城市的交通、商业、粉尘、噪声等环境影响大量减少，而且还能减少对城市地面、地下建筑物的影响。但是，盾构掘进法在施工过程中，会改变地底的受力情况，不可避免的导致一定的变形灾害发生，这类灾害主要是地层变形、地表沉降和建筑物变形，最直观的表现为建筑物及河流等的沉降。
在地铁隧道盾构过程中，周围结构物的地表沉降，从本质上讲，是由于地层变形而导致的。因此，只有有效控制地层的变形和沉降，才能对周围建筑物的结构安全提供一定的保证。目前，在盾构机械穿行于地下时，除了由于地底周围土体在盾构扰动作用下会发生一定的沉降之外，还存在由于盾构机械在维修或者遇到障碍物无法前进，需要进行长时间的停机，在机械周围也会发生一定的地表沉降现象。总之，由于土体结构发生变化，使得地表发生沉降，会危及地表建筑物、河流以及地下的管线，严重可能出现生命财产安全问题，因此，在复合地层的盾构施工中，需要控制好沉降标准，采取正确的沉降控制措施，提升盾构掘进施工的安全水平。
三、本工程确定的沉降控制标准
经过前期的地质勘测的调查分析，综合工程实际情况，确定在施工过程中，允许的地表的最大沉降值为1厘米，隆起高度小于1厘米；对于石头、混凝土砖结构、建筑物的条形基础，在基础倾斜方向两端点的沉降差与两点之间距离的比值要低于0.002；对于建筑物的框架结构、桩基础，其沉降差与相邻桩基之间中心距离的比值也需要低于0.002.
四、盾构施工过程中，防止地表沉降的控制技术分析
当隧道在经过复杂地层上方具有建筑物或者河流时，由于上部的建筑物或者河流对地层压力会增加，盾构机械在施工时，需要保证推进过程中开挖面的土仓压力处在最小开挖面推力和最大推力之间，以保证整个开挖面的稳定，这样能够确保盾构机械挖土后，在隧道上的覆地层不会出现较大的垂直位移。由于本次隧道工程经过的地区，存在的建筑物及河流的载荷较大，对土层的压力较大，为了维持掘进区间开挖面的稳定，需要盾构机在开挖面处提供较大的支护力，对于盾构机械的运行会产生严重的影响，不利于盾构机械的长时间工作，因此，应在施工过程中，首先对地层的沉降进行预测分析，然后设法改变土层的性质，增强土体的强度，增大土体的抗变形能力，减少后期施工过程和使用过程的地表沉降，最终使隧道穿越的这些地区的沉降值在允许的范围之内。
（一）盾构区间地层沉降预测
为了对盾构区间隧道掘进过程中，穿越这些高层建筑和河流是可能引起的沉降情况进行充分的掌握，然后采取有效的控制措施，首先需要进行盾构区间的地层沉降预测。在施工开始前，利用相关的理论研究成果，借助有效的数值方法，对施工过程中可能引起的地表沉降情况进行预测。结合本工程周围地质条件，通过数值方法进行预测，预测本次盾构施工过程中，最大的沉降值为2厘米，而隧道施工过程中，上层建筑物和河流的允许沉降值在1厘米，已经超过允许的沉降的上限值，因此在施工前、施工中和施工后采取有关的沉降控制技术，保证盾构施工的安全有效进行。
（二）设计好管片拼装、盾构掘进参数，减小沉降
在施工前，进行预测沉降之后，则需要采取进一步的补勘，对特殊路段再次进行详细的勘探，然后依据地质情况制定有针对性的掘进方案，并对相关可能出现的紧急清孔做好应急预案。然后设计好盾构机械的管片安装。在管片安装时，要确保每一片每一环的首尾间歇都进行了检测，保证间隙值在设计允许的范围内。
在盾构开始前，结合经验，按照不同的地层结构设置合理的掘进参数。首先是设置合理的土压力，在土压力设置过程中，需要利用地表检测的有效数据信息及时的改变土压力；其次，需要设计好推进速度，经过前期的调查，确定区间内每一小分段的推进速度，并确定每环的出土量在规定的范围内，减少对地层的扰动。
（三）对地面建筑物、河流及换刀点进行预加固
依据线路经过地区建筑物与掘进过程中的沉降分析，对前期预测的沉降严重地区进行建筑物基础的局部或者全部进行注浆加固，使建筑物地基在经过注浆之后，其承载力和整体性得到显著的提升，减少甚至是避免由于盾构施工引起的基础的不均匀沉降。也可以采取在地面向建筑的基础下方布置一定的注浆管，然后在掘进过程中，依据测量信息和反馈的资料，及时的跟踪注浆。预加固方法在地面建筑物、河流及换刀点都应实施。
（四）掘进过程中控制好推进速度
在盾构机械穿越建筑物及河流下部时，应降低推进速度，在盾构推进方向严格正确的基础之上，保证推进的速度适宜而且维持恒定，减少推进过程中的纠偏。
（五）严格按照盾构参数掘进
依据前期已经设计好的盾构参数，在实际盾构时严格按照设计值进行盾构机械的运行。因为盾构推进情况与土压力、千斤顶总推力、总扭矩以及出土速度等有关，设计的盾构参数结合沉降控制标准而确定，因此应严格按照设计值运行。一旦盾构速度过快或者土压过大，都会对土体产生扰动，引起过大的沉降。
（六）盾构期间注重灌浆过程，尤其是同步注浆
在盾构掘进通过复合地层区间时，需要进行同步注浆，以保证施工时对建筑物的沉降能够经过同步注浆进行消减甚至抵消。但是，在同步注浆过程中，如果注浆的压力过小，浆液的填充速度将会较慢，而且填充不充分，由于空隙的存在也会使地表变形增大；如果注浆的压力过大，则管片外的土层将会受到注入的浆液的扰动影响，在施工后期会发生较大的后期沉降。浆液在注入前，还需要有一定强度，通过对浆液的配合比进行合理的设置，保证浆液通过管道灌入之后，能够在6～8小时之内出现初凝。
（七）二次补浆（环箍补浆及多次补浆）及时
在盾构过程中，当管片脱离盾尾五片以上时，则需要对环片间隙进行二次注浆。注浆量为首次注浆量的30%。在这一过程中采取的注浆方式是多次少量，而且要依据地表监测到的沉降情况进行综合考虑分析。
（八）加强监测
在当前，科学技术水平发达的年代，应借助先进的监测技术，加强对施工过程中产生的地表沉降进行监测，对施工区间管线情况、河流断面情况进行检测分析，对盾构中的注浆工艺、注浆参数、油压、温度等进行监测，并利用数据分析技术，对各数据进行有效分析，反馈给指挥中心，及时协调、修正掘进方案和参数，保证掘进过程能够平稳，同时，使得地表的建筑物和河流不受影响。
（九）加强施工管理
在隧道盾构掘进工程项目施工中，施工管理对于地表沉降的影响作用也是巨大的，应引起有关管理人员的重视，积极加强对施工现场的管理，促进施工过程的平稳安全。
总结
对于复合地层，进行隧道掘进施工时，往往由于受力层结构的变化，加之地表的建筑物、河流的大型荷载作用，容易出现地表沉降，威胁建筑物安全和隧道掘进施工安全的现象。因此，应结合实际地质勘测结果，做好施工过程的准备工作，加强施工工艺水平，加强现场管理，促进隧道掘进项目的有序开展，为地铁隧道工程早日发挥作用，具有重要的意义。
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论文作者:王必顺
论文发表刊物:《基层建设》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/9/30
标签：盾构论文; 地层论文; 建筑物论文; 地表论文; 过程中论文; 隧道论文; 河流论文; 《基层建设》2015年4期供稿论文;