吴梦迪
中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司 江苏省无锡市 214000
摘要：近年来，经济快速发展，社会不断进步，复杂地质环境下，地铁盾构施工参数会有较大不同，使得施工过程中的地表沉降难以控制。地铁隧道建设环境错综复杂，在应用盾构法期间易发生地面沉降问题，阻碍正常施工，甚至诱发安全事故。文章以地铁隧道工程实例为背景，首先探讨盾构法施工阶段发生地面沉降的主要成因，提出相适应的处治措施。
关键词：盾构；施工工艺；地表沉降；规律
引言
随着城市化进程的加剧，仅地面交通已难以缓解交通拥塞的现象，于是城市地铁建设工程开始大量涌现，但同时也带来了新的工程问题，如地铁施工中对地层的扰动，对地表房屋建筑、沥青路面、城市地下管网线等基础设施的扰动，严重者会造成临近建筑物的倒塌、城市水电及交通系统的瘫痪等，因此，施工工艺的控制是保障城市正常运行的决定性因素，量化分析和研究盾构工艺变化情况下对地表沉降的影响规律是十分重要的。地铁盾构施工工艺引起土体的扰动主要表现为盾构对土体的挤压和松动、加载与卸载、孔隙水压上升与下降所引起土性的变异、地表隆起与下沉等，国内外学者针对盾构施工对地层扰动的规律做了许多研究。
1盾构施工法
①基本原理，盾构机是主要施工设备，开挖过程中可维持周边土体的稳定性，以免出现坍塌现象，同时提供隧道掘进、出渣功能。施工过程中可在机内拼装管片，构成完整的衬砌结构，期间周边土体处于稳定状态，在安全的环境下顺利完成隧道的修筑作业。盾构法的工程理念中，以尽可能减少围岩扰动量为基本目标，以最快的速度完成地铁隧道施工作业，在形成地铁隧道主体结构的同时维持周边既有建（构）筑物的稳定性。②阶段划分，盾构施工包含3个阶段：①始发作业阶段，例如设置盾构工作井，根据施工需求选择合适型号的盾构机并安装等；②掘进阶段，此时的工作量较大，如盾构连续掘进、设备转换等；③盾构到达阶段，主要指的是各项收尾工作，如针对接收井洞口土体的加固处理，有序组织盾构机的拆卸作业等。
2盾构施工工艺诱发地表沉降规律浅析
2.1开挖土体和开挖面支护
伴随盾构施工作业的持续推进，铲除后的土层需要统一转移到土体存储仓内。开挖作业的难度较大，易出现土层的水土压力失衡现象，因此要加强对土仓内部压力的控制，通过此途径调整水土压力，使其处于均衡状态。而达到此效果的关键是控制螺旋输送机的工作状态，如转动速度，并视实际情况调整千斤顶的推进速度，使各项参数相协调，各套设备协同运行。通过对螺栓输送机运行速度的控制，可灵活调整输送机的工作状态，如输送土量、切削扭矩等，使开挖的土量控制在合理范围内。
2.2盾构姿态的控制
①滚动纠偏。采用使盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。允许滚动偏差≤1.5°，当超过1.5°时盾构机报警，盾构机通过切换刀盘旋转方向进行反转纠偏。②竖直方向纠偏。控制盾构机方向的主要因素是千斤顶的单侧推力，与盾构机姿态变化量间的关系比较离散，靠操作人员的经验控制。当盾构机出现下俯时，加大下端千斤顶的推力；当盾构机出现上仰时，加大上端千斤顶的推力进行纠偏。③水平方向纠偏。与竖直方向纠偏的原理一致，左偏时加大左侧千斤顶的推力纠偏，右偏时加大右侧千斤顶的推力纠偏。④特殊地层下的姿态控制。盾构通过复合地层（即作业面土体的抗压强度等力学性能指标存在很大差异的地层）时，根据掌子面的地质情况对液压推进油缸进行分区操作。
2.3施工管理
制作好的管片存放时应放置垫木，起到缓冲作用。按照操作方式的不同，吊装包含立吊和平吊两类，因此要选择合适的吊具，全程遵循轻吊慢放的原则，严格控制堆放量，最多为3层；在车辆运输过程中，要加强对行车速度的控制，做到慢速且匀速。可以用橡胶板粘贴在车厢上，避免管片与车厢直接碰撞，通过橡胶板的缓冲作用有效保护管片。
对于管片的拼装作业，应逐块拼装到位，检查各个接缝处的防水条，不可出现破损现象；曲线段的施工难度更大，其对于管片的环向定位精确度提出了更高的要求，因此要严格按照规范施工作业，加强质量控制。
2.4盾构通过后的沉降控制
盾构通过后的控制为地面沉降控制全流程中的重点内容，原因在于此阶段的沉降几乎达到施工全程总沉降的40%-45%。同步注浆是较为关键的控制方法，做好此方面的工作可减小盾尾空隙区域的地层变形现象，提高隧道的抗渗水平，管片衬砌可维持相对稳定的状态。同步注浆应用效果与浆液性能具有密切的关联，以惰性浆液较为合适，其凝结时间相对较长，可享受到更加充足的同步注浆压力，在此条件下在极短时间内向后续的多环传压和补压，补强注浆效果显著，可以减少多环隧道土体所产生的时效沉降量。根据同步注浆的施工需求，可按照粉煤灰∶膨润土∶消石灰∶砂∶水=300∶80∶80∶1100∶350（按重量计）的方式配制。惰性浆液在实际应用中存在不足之处，稳定管片所需的时间相对较长，期间土层围岩等外部产生的作用力较为显著，易发生管片上浮、错台等质量问题。惰性浆液在控制地层沉降方面具有较好的应用效果，对提高隧道施工质量其产生的作用甚微。
2.5固结沉降的控制
以盾构通过后长期地面监测信息为立足点，采取合适的后期固结沉降控制措施。管片上存在预留注浆孔，可以通过该处组织注浆作业，达到抑制沉降持续发展的效果。从粉质黏土整个沉降周期的角度来看，后期沉降具有持续时间长且难以避免的特点，但仅占到总沉降量的5%左右。
2.6施工监测方法
①地表沉降监测。地表沉降可以反映盾构掘进过程中围岩变形的全过程，特别是在下穿既有建筑物或在其附近有建筑物时，必须对地表沉降情况进行严格监控：建立地面沉降监测网，按二等水准测量的要求进行精确测量，监测基点埋设在沉降影响范围以外的稳定区域内，以基点为标准水准点进行沉降监测，并绘制沉降随时间变化曲线、沉降随距掌子面距离的变化曲线，据此可以判断围岩的稳定状态，注意在施工过程中要定期对监测基点进行联测、复核，确保起算点的准确。②地下管线变形监测。地铁施工所经处管线一般较多，荷载的改变会引起土层的位移，不均匀位移可造成地下管线的变形，管线变形过大会导致管线的破坏，要严格控制，按照地下管线位置图，探明地下管线的具体位置，每隔一定距离或在管线重点接头处埋设抱箍式标志。施工过程中保护好测点，在不宜开挖的地方，用钢筋直接打入地下，其深度与管底平齐，用水准仪直接量测测点标高，计算管线沉降量和差异沉降量。③收敛变形。隧道开挖后，周边点的收敛是围岩和支护力学形态变化的最直接反映，根据设计图纸要求，管片拼装完成后，将收敛预埋件埋设于拱腰位置，应使预埋件位于同一轴线上，测线同管片拱顶沉降布设在同一断面，根据量测数据作出时间-沉降及距离-沉降曲线，以此判断隧道的稳定性。如果数值变化过大，应采取措施改善周围岩体或土体的稳定性；改变开挖方法，以减小开挖对周围土体的扰动；调整施工参数，加强支护等措施，以确保收敛值在允许范围内。
结语
城市轨道交通对缓解城市交通压力具有重要作用，其中地铁隧道为关键施工内容，受现场地质环境、周边建（构）筑物、施工作业方法等方面的影响，易发生地面沉降现象。文章通过对地面沉降成因的分析，提出具体的处治措施，以提高地铁隧道盾构施工水平。
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