论文部分内容阅读
【摘 要】 进入21世纪的第二个十年，我国的经济发展速度终于放缓，经济发展开始向着可持续发展道路前进而非纯以经济指标为发展的衡量标准，国家也开始要着力解决一些民生问题。人口问题和交通压力成为当前制约城市可持续发展的重要问题。修建地下铁路是解决人口压力和交通压力的重要举措，但是由于地下施工往往环境更为复杂，存在着比地面施工更多的难题。在地铁施工方法中，盾构施工法是当前越来越被广泛应用的一种方法，由于技术比较成熟，且对地表建筑和环境影响较小，未来还将继续发展下去。
【关键词】 地铁隧道盾构法施工；地表沉降；施工技术
为了缓解城市的人口压力和交通压力，地铁成为了当前市政规划者较为常用的一种交通载体。地铁施工相较于地面上的各种建筑施工活动来说，受到环境的影响较大，施工难度与地面的施工相比是成倍增加的。当前人们普遍选用盾构法施工地铁隧道，这是因为相较于其他方法，这种方法对地面的建筑和环境影响较小。但是不可避免的，这种方法也会引起地表的沉降，解决这个问题成为了摆在施工者面前的难题。虽然已经对该项课题做了不少的工作，但是由于地质条件复杂多变，各地施工情况又无法统一，至今仍然没有决定性的突破，本文就相关的内容进行一些分析，希望能对未来该项施工技术的改进做出必要的贡献。
1、影响盾构法施工引起的地表变形的主要因素
随着城市化进程的不断加快，地铁成为了一个城市中的重要组成部分。我国的地铁隧道一般都是浅埋隧道，这种隧道的缺点就是在施工时候会造成地表的沉降。由于地铁不可能脱离城市人口密集区而设计，那样就会失去地铁本来的作用，所以地表的建筑往往比较密集，甚至可能人流量和车流量较多的地区还会对人民群众的生命和财产安全造成威胁。因此，必须要采取一系列的手段，防止地表的沉降。要避免沉降的出现，我们首先要研究影响盾构法施工导致地表变形的主要因素。
盾构法施工引起的地表沉降因为各种客观条件的不同而不同，每一个城市的地铁覆土的状况、地基基本情况等现场条件都是各不相同的，施工工艺也不完全相同，但是总的来说，引起地表变形的因素有下列几项：
首先，是开挖工作面的土体移动。若原始的侧向应力在该种情况下很可能会小于作用在正面土体的推应力，此时正面的土体就会向上和前两个方向移动，进而造成前方的土体隆起。另外，若原始的侧向应力要大于开挖面土体受到的水平支护应力时，就会出现向盾构内移动的现象，此时会造成盾构上方的地面沉降。但是这种情况下地层的损失是正常的，在施工过程中没有办法彻底避免，我们需要的是采取各种措施，将这种底层的损失控制在一定范围之内。
其次是盾构后退。在其暂停推进的过程中，如果将推进的千斤顶回缩，从而引起盾构后退，就会使得开挖面土体松动，进而造成沉降。
再次是土体被挤进了建筑空隙。会出现这种空隙的原因可能有很多，常见的是两种，一是开挖断面比管片的外径要大，此时形成了一定的建筑空隙；一是隧道外周的建筑空隙压浆不及时，或者是没有达到符合标准的压力，或者是压浆量的确实，此时会使周围土体失去平衡状态从而漏浆，引起地表的沉降。
然后是在施工活动中，盾构施工改变推进方向时需要进行曲线推进纠偏，如果在这个过程中造成开挖面断面形成了椭圆形而非正常的圆形，那么就会造成地表的沉降。
最后是隧道自身的沉降，这是因为隧道毕竟是空腔，隧道顶也会受到顶上土以及建筑或者是道路的压力，这种压力引起的沉降往往不严重，但是一旦沉降严重，就会极为危险。
2、控制地表沉降的技术对策
控制地表沉降的对策很多，我们这里只选取其中的重要部分进行简要的叙述。
首先是在地铁隧道的设计过程中，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什么样的影响。运用盾构法进行施工，必须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。
其次是要尽可能地在施工过程中减少对地层的影响，具体体现在下面几个方面：
一是在施工前一定要进行必要的前期考察，考察的重点是待施工区域的地质条件、地下水的基本情况等等，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。
二是一定要保证施工的连续性和稳定的施工速度。盾构在停止推进时候，会受到土的压力，自然地后退。这种后退我们一般是要通过一些相应的措施来尽量减小，但是我们无法彻底避免，所以在施工时候一定要保证匀速，并且尽量不让让盾构停止推进，如果确实因为盾构的原因需要检修，一定要做好防止后退的应对，正面和盾尾必须要封闭严密，确保地表的沉降控制在最小的范围内。
三是在盾构向前推进的时候，一定要严格控制开挖面的出土量。根据一些工程的成功经验，一般采用挤压式盾构的时候，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。
四是要控制盾构向前推进时候的纠偏。我们需要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。
五是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。如果能够用土压平衡式盾构的话，基本上不会改变地下水位，能够尽可能地减少由地下水位变化引起的沉降。
最后我们要做好盾尾的建筑空隙的充填压浆。
第一我们必须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。注压工作一定要及时，缩短暴露时间，防止坍塌。
第二我们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。
第三我们要保证压注数量，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，一般应超过l0%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。当压力急剧升高时，说明已充填密实，此时就应停止压注，对注入数量及注浆压力要兼顾。如果注入数量已达到规定标准而压力很低，则说明空隙较大，此时，应增加注入数量，以压力升高到规定值为准。如果注入数量已远远超过对建筑空隙的估计而压力却很低，则说明浆液流失，应该根据水文地质资料及实际勘测，做封堵水道、重新压浆等处理。
3、结语
拘于现实条件和相关的理论的局限性，笔者只能简单地对盾构法施工引起地表沉降进行简单的陈述。根据上文的简要分析，笔者认为，在下面的两个方面，仍然值得更为深入的研究：首先是在相关的研究中，忽视了地下水的作用，而地下水的存在和作用是实实在在的，对于粘性土来说，盾构法施工造成土体的沉降原因很可能就是因为地下水位发生了变化，所以应该对地下水的作用再进行深入的研究；其次，开挖面的正前方土体相关的力学参数是会发生变化的，这种变化比较难以检测和分析，在今后相关的理论研究中应当充分考虑土体的力学性质这一重要因素对于地表沉降产生的巨大影响。
参考文献：
[1]刘建航，侯学渊.盾构法隧道[M].北京：中国铁道出版社，1991.
[2]冯超.地铁隧道盾构施工引起的地表面型规律研究[D].西安：西安科技大学，2011.
[3]吴应明，王学斌.地铁浅埋暗挖隧道底层澄江因素及控制措施[J].城市轨道交通研究，2003（4）.
【关键词】 地铁隧道盾构法施工；地表沉降；施工技术
为了缓解城市的人口压力和交通压力，地铁成为了当前市政规划者较为常用的一种交通载体。地铁施工相较于地面上的各种建筑施工活动来说，受到环境的影响较大，施工难度与地面的施工相比是成倍增加的。当前人们普遍选用盾构法施工地铁隧道，这是因为相较于其他方法，这种方法对地面的建筑和环境影响较小。但是不可避免的，这种方法也会引起地表的沉降，解决这个问题成为了摆在施工者面前的难题。虽然已经对该项课题做了不少的工作，但是由于地质条件复杂多变，各地施工情况又无法统一，至今仍然没有决定性的突破，本文就相关的内容进行一些分析，希望能对未来该项施工技术的改进做出必要的贡献。
1、影响盾构法施工引起的地表变形的主要因素
随着城市化进程的不断加快，地铁成为了一个城市中的重要组成部分。我国的地铁隧道一般都是浅埋隧道，这种隧道的缺点就是在施工时候会造成地表的沉降。由于地铁不可能脱离城市人口密集区而设计，那样就会失去地铁本来的作用，所以地表的建筑往往比较密集，甚至可能人流量和车流量较多的地区还会对人民群众的生命和财产安全造成威胁。因此，必须要采取一系列的手段，防止地表的沉降。要避免沉降的出现，我们首先要研究影响盾构法施工导致地表变形的主要因素。
盾构法施工引起的地表沉降因为各种客观条件的不同而不同，每一个城市的地铁覆土的状况、地基基本情况等现场条件都是各不相同的，施工工艺也不完全相同，但是总的来说，引起地表变形的因素有下列几项：
首先，是开挖工作面的土体移动。若原始的侧向应力在该种情况下很可能会小于作用在正面土体的推应力，此时正面的土体就会向上和前两个方向移动，进而造成前方的土体隆起。另外，若原始的侧向应力要大于开挖面土体受到的水平支护应力时，就会出现向盾构内移动的现象，此时会造成盾构上方的地面沉降。但是这种情况下地层的损失是正常的，在施工过程中没有办法彻底避免，我们需要的是采取各种措施，将这种底层的损失控制在一定范围之内。
其次是盾构后退。在其暂停推进的过程中，如果将推进的千斤顶回缩，从而引起盾构后退，就会使得开挖面土体松动，进而造成沉降。
再次是土体被挤进了建筑空隙。会出现这种空隙的原因可能有很多，常见的是两种，一是开挖断面比管片的外径要大，此时形成了一定的建筑空隙；一是隧道外周的建筑空隙压浆不及时，或者是没有达到符合标准的压力，或者是压浆量的确实，此时会使周围土体失去平衡状态从而漏浆，引起地表的沉降。
然后是在施工活动中，盾构施工改变推进方向时需要进行曲线推进纠偏，如果在这个过程中造成开挖面断面形成了椭圆形而非正常的圆形，那么就会造成地表的沉降。
最后是隧道自身的沉降，这是因为隧道毕竟是空腔，隧道顶也会受到顶上土以及建筑或者是道路的压力，这种压力引起的沉降往往不严重，但是一旦沉降严重，就会极为危险。
2、控制地表沉降的技术对策
控制地表沉降的对策很多，我们这里只选取其中的重要部分进行简要的叙述。
首先是在地铁隧道的设计过程中，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什么样的影响。运用盾构法进行施工，必须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。
其次是要尽可能地在施工过程中减少对地层的影响，具体体现在下面几个方面：
一是在施工前一定要进行必要的前期考察，考察的重点是待施工区域的地质条件、地下水的基本情况等等，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。
二是一定要保证施工的连续性和稳定的施工速度。盾构在停止推进时候，会受到土的压力，自然地后退。这种后退我们一般是要通过一些相应的措施来尽量减小，但是我们无法彻底避免，所以在施工时候一定要保证匀速，并且尽量不让让盾构停止推进，如果确实因为盾构的原因需要检修，一定要做好防止后退的应对，正面和盾尾必须要封闭严密，确保地表的沉降控制在最小的范围内。
三是在盾构向前推进的时候，一定要严格控制开挖面的出土量。根据一些工程的成功经验，一般采用挤压式盾构的时候，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。
四是要控制盾构向前推进时候的纠偏。我们需要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。
五是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。如果能够用土压平衡式盾构的话，基本上不会改变地下水位，能够尽可能地减少由地下水位变化引起的沉降。
最后我们要做好盾尾的建筑空隙的充填压浆。
第一我们必须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。注压工作一定要及时，缩短暴露时间，防止坍塌。
第二我们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。
第三我们要保证压注数量，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，一般应超过l0%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。当压力急剧升高时，说明已充填密实，此时就应停止压注，对注入数量及注浆压力要兼顾。如果注入数量已达到规定标准而压力很低，则说明空隙较大，此时，应增加注入数量，以压力升高到规定值为准。如果注入数量已远远超过对建筑空隙的估计而压力却很低，则说明浆液流失，应该根据水文地质资料及实际勘测，做封堵水道、重新压浆等处理。
3、结语
拘于现实条件和相关的理论的局限性，笔者只能简单地对盾构法施工引起地表沉降进行简单的陈述。根据上文的简要分析，笔者认为，在下面的两个方面，仍然值得更为深入的研究：首先是在相关的研究中，忽视了地下水的作用，而地下水的存在和作用是实实在在的，对于粘性土来说，盾构法施工造成土体的沉降原因很可能就是因为地下水位发生了变化，所以应该对地下水的作用再进行深入的研究；其次，开挖面的正前方土体相关的力学参数是会发生变化的，这种变化比较难以检测和分析，在今后相关的理论研究中应当充分考虑土体的力学性质这一重要因素对于地表沉降产生的巨大影响。
参考文献：
[1]刘建航，侯学渊.盾构法隧道[M].北京：中国铁道出版社，1991.
[2]冯超.地铁隧道盾构施工引起的地表面型规律研究[D].西安：西安科技大学，2011.
[3]吴应明，王学斌.地铁浅埋暗挖隧道底层澄江因素及控制措施[J].城市轨道交通研究，2003（4）.