地铁隧道盾构法施工变形及控制措施分析

地铁隧道盾构法施工变形及控制措施分析

陈逢生

广东重工建设监理有限公司广东省

摘要：随着城市化建设的推进，各大城市都开始建设地下铁，以解决城市公共交通拥堵的问题。地铁隧道盾构法是地铁建设施工中的常用方法之一，其适应性强、速度快、施工质量高，在地铁建设施工中备受青睐。但是在地铁隧道盾构法的施工过程中，不可避免的会对周围的建筑、土层带来影响，引起土体的扰动，造成不同程度变形与沉降。因此在施工中要了解岩体变形的机理，对土地的变形情况加以控制，方式土地塌陷的情况发生。

关键词：地铁隧道盾构法；施工变形；控制措施

城市人口的增加造成了交通压力的增大，地铁的修建是缓解城市交通压力的有效措施，地铁的建设需要在低下进行施工，对于地面的结构造成了一定的影响。地铁隧道盾构法是地铁建设施工中的常见方法，如何控制该方法在施工对地面结构带来的影响，是施工单位需要关注的问题。本文介绍了地铁隧道盾构法以及其造成地面机构变形的机理，并提出了相应的控制措施。

一、隧道盾构法概述

隧道盾构法是指利用钢制构件按照相关图纸设计对土体进行向前挖掘，钢制构件用来支撑土体，保障施工人员的人身安全，然后利用盾构机在地下进行隧道挖掘和管片的安装，修建出一条隧道。隧道盾构法要求在施工时尽量减少对地质的影响，避免穿过的周边地面受到影响，同时避免破坏其他的地下设施，盾构通过坚硬的外壳和管片刚度来维持四周岩体的稳定，从而进行隧道的挖掘。当前施工中最常用的是土压平衡和泥水加压盾构，这两种机型可以在挖掘的同时保持土体结构的稳定，对于比较复杂的地形结构也能够进行挖掘。隧道盾构法挖掘速度比较快、受天气因素干扰比较小、科技化程度比较高，因此被广泛使用，其主要优点还有以下几方面：

第一，对城市交通的影响比较小，施工过程中不会影响到路面的设施，不需要居民搬迁以及道路封锁。

第二，盾构是特质的，在不同的项目施工中使用的盾构也是不相同的，因此施工十分便利。

第三，对施工技术的要求比较高，因为是隧道施工，因此不能出现任何偏差，否则会对项目工程造成影响。

第四，盾构设施在施工中是不能后退的，只能前进挖掘，这样既避免隧道坍塌，也方便挖掘。

二、隧道盾构法引起变形的机理

（一）盾构施工对地层的扰动机理

盾构法对土地的扰动是因为盾构法挖掘中会导致土地的抓力产生变化，从而引起土地体积以及土地含水量的变化，这时候土地就会出现结构变化给土体带来破坏。例如在我监理的地铁项目广州地铁，在建设施工过程中，穿过了含水丰富的砂砾石地层，这种土层的含水量比较大，富有一定的流动性，因而在施工中更容易出现结构变化，出现沉降现象。这种情况下，地铁施工就会对周边的环境造成比较大的影响。一般情况下，盾构机的管片与周围的土地是存在一定的空隙的，要及时进行二次注浆才能保证土体的稳定性，如果没有及时进行二次注浆，可能会造成土层之间持续出现缝隙，影响土体的紧密度，而造成地面沉降的情况发生。

（二）盾构施工引起的地层沉降机理分析

（1）土体损失

在隧道的实际施工中，会出现土体与管片之间存在间隙的情况，这种情况会导致松软的土层落入间隙，从而给土体带来损失，造成地层沉降。土层损失一般可以分为以下几种：

第一，正常地层损失，正常损失是指施工过程正常进行，出现的必然会造成的土体损失，这在施工中是不可避免的，这种情况只能尽量减少沉降的土量，尽量保护地面不变形。

第二，非正常的损失，这种情况是指在施工中由于操作不当造成的土体损失，出现该种情况应尽快停止施工，避免对土体的进一步伤害，然后及时纠正施工方式。

第三，灾害性损失，这种情况是指挖掘过程中出现意外，造成严重的塌陷等情况，可能是自然灾害造成的，也可能是施工规划不利造成的，例如地震或是当遇到含水过于丰富的土层。

（2）固结沉降

在地铁的隧道施工过程中，在进行挖掘的过程中对前面的土体有一定的挤压作用，另外在对缝隙的灌浆过程中，对周围的隧道也有一定的影响，这些情况都会导致土地的变形，称为固体沉降。固体沉降可以分为两种，即主固结沉降和次固结沉降，其中次固结沉降的原因是土层的错动引起的变形，主固结沉降是水压小时导致的土层密压，一般情况下土层比较厚的情况主固结沉降发生的概率比较大，而次固结沉降的影响比较小，一般可以忽略不计。

三、控制施工变形的措施

（一）实施施工监测

施工过程中的监测是防止施工造成土体变形的有效方式，集中地面建筑密集的地区是重点监测区域，监测的内容包含土地的沉降、地下水位的变化以及土体的分层沉降等方面，一旦监测到超出预期的变化，需要立即停工或是改变施工方案。除此以外对路面上的建筑物以及道路也也要实施监测，以判断施工对地面是否带来不良的影响，是否会威胁周边的居民安危，避免事故的发生。其中地表沉降的具体操作方法为，在隧道内每十米布置一个监测点，重要监测区域每五米布置一个监测点，在施工的入口处和重要的建筑物附近设置地表沉降横向沉陷槽断面，其他部位每五十米设置一个，实行有效的监测。

（二）地层风险分析

在施工之前要对土层实行风险分析，对于可能出现风险的地层制定有效的防御措施，土层的风险分析要考虑地下水的含量以及水压，土层的透水性等问题，以便于选择合适的盾构。例如富水砂砾石地层由于其含水量比较高，就需要分析是否会出现喷涌现象，造成地面塌方等问题，如果在施工中一旦出现喷涌现象，就会给施工安全带来威胁，也会导致施工计划受阻。

（三）土壤性质分析和改良

渣土的性质与施工也有着密切的关系，通过分析渣土的性质，制定相应的挖掘方案，或是对土壤进行改良，对施工中可能出现的土体变形进行有效的控制。

（1）渣土性质分析

渣土的性质不同对盾构施工的影响也有着很大的不同，例如粘性土层的特点是摩擦小、渗透性不强、流动性比较强，在施工过程中土壤很容易附着在刀盘上，在盾构推进的过程中容易产生密压固结，呈现泥饼现象。而砂砾石土层的特点是摩擦大、渗透性强、流动性差，因此进入土仓的土壤在排出的时候会出现一定的困难，导致吨提推进不易，对土体产生的压力就会增大。另外由于渗透性强也容易出现地下水喷涌现象，造成施工安全事故。

（2）渣土改良技术措施

为避免渣土自身的特点带来的施工困难和危险系数的增大，可以采取一定的措施对土地进行改良，改良的方式一般有以下几种：一是泡沫改良技术，即通过管道将泡沫发生器产生的泡沫送至地下，给土壤增加粘性，可以降低土壤的渗透性，防止地下水喷涌，方便土体在施工中的排出，减小施工对土体的压力，泡沫在数天之后会自动消失，土壤还可以恢复。二是膨润土泥浆的使用，加入膨润土可以改善砂卵石的颗粒级配，让土舱内土体塑性流动性变好，渣土能够更好的结合在一起。三是水的使用，渣土比较干时可以适量注入水进行湿润，对刀头可以产生一定保护作用。

四、总结

隧道盾构法施工过程中，土体的变形不仅会对周围环境造成影响，也会阻碍施工进度的顺利掘进，采取相应的控制措施，预防和降低土体变形的系数，才能保证施工的顺利进行和周边土地环境不被破坏。

参考文献：

[1]王明年，魏龙海，路军富等.成都地铁卵石层中盾构施工开挖面稳定性研究[J].岩土力学，2011，32（1）：99-105.

[2]邱明明，姜安龙，舒勇.城市地铁盾构施工地层变形三维数值模拟分析[J].南京：防灾减灾工程学报，2014.

[3]刘洪海，黄永红.城市地铁施工沉降的数值模拟研究[J].四川理工学院学报（自然科学版），2012，25（1）：80-82.