地铁盾构区间施工沉降处理技术研究

摘要：现代社会经济快速发展，地铁建设作为重要的建设项目之一，其建设质量受到全社会的广泛关注。盾构施工法在地铁建设中的应用比较常见，但其极易引起地层变形和地表沉降等问题，若处理不科学，极易造成巨大的安全威胁。本文以哈尔滨地铁3号线二期工程TJ-01标为例，对地铁盾构区间施工沉降处理技术进行探究，旨在科学防范沉降问题，维护整个地铁工程综合效益。

Abstract： With the rapid development of modern society and economy， subway construction as one of the important construction projects， the quality of its construction has been widely concerned by the whole society. The application of shield construction method in subway construction is relatively common， but it is very easy to cause problems such as formation deformation and surface settlement. If the treatment is unscientific， it will easily cause a huge security threat. Taking the TJ-01 standard of the second phase of Harbin Metro Line 3 as an example， this paper explores the settlement treatment technology of the subway shield section construction， aiming at scientifically preventing the settlement problem and maintaining the comprehensive benefits of the entire subway project.

關键词：地铁;盾构区间;施工沉降;处理技术

Key words： subway;shield interval;construction settlement;treatment technology

中图分类号：U455.43                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）17-0148-03

0  引言

在城市化建设过程中，必须要明确人口快速增长所带来的交通问题，通过地铁建设来缓解交通压力，其运量大且速度快，能够减少环境污染问题，因此必须要加强地铁建设质量控制。盾构施工法的应用过程中，往往会改变土体原状，尤其是极易引发地表沉降，影响已有设施的正常使用，甚至会对社会群体的生命安全造成威胁。在此种情况下，对地铁盾构区间施工沉降处理技术进行研究，具有一定现实意义。

1  工程概况

本文以哈尔滨地铁3号线二期工程TJ-01标为例，对其施工组织设计进行分析。3号线为沿哈尔滨市二环所敷设的环线，二期工程起点里程DK10+690，终点里程DK42+869，全长32.179km。共设置30个车站，设置31个区间，其中矿山法施工区间10个，盾构法施工区间21个。TJ-01标工程范围内区间采用盾构法施工。

2  地铁盾构区间施工沉降的原因分析

2.1 土层沉降

天然土体大多为三相体系，包含矿物颗粒骨架体、孔隙水和气体填充骨架体。饱和土的组成元素为土颗粒和水，土颗粒表现为粘结与非粘结状态，但都具备荷载传递功能，可形成土骨架来进行传力。土体上的外荷载主要由是孔隙水和土骨架承担。当土体出现变形时，其孔隙流体及气体体积减小，颗粒重新排列，骨架体也出现错动。孔压力降低与土的渗透性及其在土中位置存在一定关系。土体受到外力作用后，土粒与孔隙内流体表现出位移状态，以基础为支持来将建筑物压力传递至地基的过程中，或者土石方开挖导致土层下部失去支承的情况下，极易导致土体内部出现应力变形，进而出现地基或地表下沉的情况。

2.2 岩石层沉降

岩石层自身特点是导致岩石层出现沉降的一个重要因素，在地质演变过程中，岩石出现不同程度的褶皱、裂隙和断层等，所形成的地质构造差异化。地铁盾构区间施工过程中，若地铁隧道与褶皱走向一致，则极易出现岩层顺层滑动的情况。裂隙和断层的存在，极易导致地铁盾构区间施工中出现坍塌等事故，存在一定安全隐患。

3  地铁盾构区间施工沉降机理

在地铁盾构区间施工过程中，随着盾构区间施工的进行，极易改变原有地层应力平衡状态，应力被释放的情况下，地层就会出现变形。就地层条件来看，其是盾构施工中地表沉降出现的一个重要因素，除此之外还包括开挖速度、掘进压力以及灌浆压力等因素。通过工程实测数据进行系统分析可知，地铁盾构施工过程中所引起的地表变形主要包含以下几个方面：其一是先期变形，为盾构到达之前。盾构施工过程中需要排水，地下水位下降的情况下，地层孔隙水压力发生明显变化，这就会导致地表出现不同程度变形[1]。其二是地表变形，为盾构到达时。盾构掘进施工中，于前方工作面顶进加大压力，土体受到强烈挤压，地表隆起，而在压力减小时，就会导致前面土体出现松动，也就会出现地表沉降。其三是盾构通过时的地表变形。在盾构施工的干扰作用下，盾构机与土体之间存在相对位移，地层就会出现一定损失，两侧土体以外侧为方向进行移动，地表变形随之出现。其四是盾构通过后的地表变形。也就是说，在盾构机通过之后，空隙存在于盾构机和衬砌之间，若注浆不及时或者注浆量不够的情况下，极易导致地层塌落，地表沉降也随之出现。

4  地铁盾构区间施工沉降的处理技术

4.1 优化盾构掘进施工参数

在地铁盾构区间施工过程中，为有效处理沉降问题，必须要对盾构掘进施工参数进行优化。结合整个地铁工程项目的实际情况出发，把握其土质特征、盾构覆土厚度等情况，明确地下含水情况，结合以往地铁盾构区间施工经验出发，对盾构操作工艺参数进行初步制定，这一方面所涉及到的参数包括土压推进速度、注浆及二次补注浆压力的次数和数量、加泥量等。在确定盾构操作工艺参数之后，发挥测绘人员的作用，于盾构沿线地层对永久性观点进行规范布设，以现代信息技术为支持进行监控，确保监控的全面化和实时化，以便更好的把握地面及各个地层在盾构掘进阶段的具体反映，并以此为依据来对盾构掘进技术工艺参数进行优化调整，从而为整个地铁盾构区间施工的顺利进行提供可靠支持，降低沉降的发生几率。

4.2 保证注浆效果

为确保地铁盾构区间施工沉降获得一个良好的效果，在实际施工过程中，必须要控制好注浆数量，从理论上来说，空隙倍率需在1.5-1.8之间，必要情况下需要通过二次补注浆来达到良好的注浆效果。地铁盾构区间施工过程中，基于盾构常规段的实际情况出发，采取同步注浆的方式，加强注浆量控制，以确保满足地面沉降的整体要求。若实际施工过程中需要穿越建筑物、构筑物或者湖区等，则有必要采取双控措施，就是通过注浆压力控制和注浆量控制的协调配合，来提升浆液的整体饱满度，以便达到良好的注浆效果。盾尾施工过程中，需要加强同步注浆质量控制，确保其达到良好的密封状态，盾尾密封过程中需调整好油脂的实际用量，坚决不可出现漏水或者漏浆的情况。

应当注意的是，地鐵盾构区间施工过程中，为达到沉降控制具体要求，需要在常规段施工过程中保持盾尾同步注浆，对于穿越建筑物、构筑物或者湖区的施工，需要对已完成结构外侧的二次补注浆进行加强补浆，并对地面后期沉降进行严格控制，从而达到良好的盾构区间施工沉降控制效果。二次补注浆量的控制要以注浆压力控制为重点，以确保控制的有效性。

4.3 严格控制土仓压力

地铁盾构区间施工沉降的处理，需要对土仓压力进行严格控制。也就是说，在实际施工过程中必须要保证推进速度的合理化与稳定性，结合图纸条件出发，对盾构掘进施工进行严格控制，以确保施工质量可靠。对于砂卵石层来说，在盾构区间施工过程中要控制好掘进施工速度，这与掘进土压波动幅度大存在一定关系，在这一方面土压控制也存在一定难度。在盾构掘进市广播那个过程中，要掌握好推进的速度，确保螺旋输送机转速适宜，并在加泥和泡沫的过程中控制好加入量，通过各个方面的协调配合，来对土仓压力进行科学控制，确保其处于稳定范围之内[2]。土仓压力的有效控制，需要对螺旋输送机出土量与掘进速度之间关系进行调整，这就必须要依据信息技术来准确检测洞内外各项数据信息，并基于此来对土样进行具体分析，对围岩变化进行科学判断，此种方式下可以对地层特性进行反演，便于对土仓中设定平衡土压力进行科学调整，为整个地铁盾构区间施工的规范进行提供支持。

4.4 合理的管片拼装方式

管片拼装是地铁盾构区间施工沉降控制过程中必须要重视的一个环节，必须要结合施工需求对待拼装管片加以确定，在拼管片的同时需要将这一部位的千斤顶收起，待拼装完成后，需令千斤顶处于顶紧的状态，之后方可对下一管片进行拼装。应当注意的是，若盾构处于长时间停顿状态，盾构机自身重量和上部土体压力往往会对盾构机机头产生作用，导致其出现下沉或者后缩的情况，前方土压明显降低，地面沉降随之出现。针对此种情况，在地铁盾构区间施工沉降的处理过程中，要注意顶紧盾构自身千斤顶，于后部衬砌或另外加设千斤顶，对盾构下半部和后部衬砌管片进行有效支撑，这就能够对盾构机前方土压和上方土样进行有效平衡，有效防范沉降问题的出现。

4.5 保证线性准确

曲线段推进盾构机时，盾构环环纠偏的情况下，必须要控制好每次纠偏量，并坚持勤纠。若存在曲线及坡度变化或者软硬均匀度不足的问题，极易导致盾构机掘进过程中出现偏差，这就需要对盾构机姿态进行科学控制，对蛇形进行规范纠偏修正，最大程度上避免地层损失导致地层变形问题的出现。这一环节必须要控制好管片拼装方向，为盾构正确掘进提供支持条件。

4.6 开展连续施工

地铁盾构区间施工过程中，若盾构长时间停机，则无法有效保护土仓压力，进而出现较大的地面沉降。因此在盾构区间施工过程中，要保证施工的连续性，尽量避免非正常停机，特殊情况下停机则需要控制好停机时间，科学选择停机位置，以便于地面监测，并实现安全保障。地铁盾构区间施工中必须要强化水玻璃、发泡剂、枕木等物质保障，也需要强化设备保障，包括盾构设备、龙门吊、充电机等，确保其性能优良且处于待使用状态，为整个地铁盾构施工的顺利进行提供支持。

5  地铁盾构区间施工流程及注意事项

在本工程项目中，盾构区间施工过程中必须要做好施工筹划，明确技术方案。本工程隧道采用复合式土压平衡盾构机开展施工。地铁盾构区间施工中，盾构机施工流程如图1所示。

盾构区间施工安排方面，盾构掘进线路如图2所示。在全面把握设计要求的基础上，结合施工环境因素进行具体分析，拟通过两台EPBФ6240mm的复合式土压平衡盾构机来对盾构区间进行掘进。

在地铁盾构区间施工中，必须要结合实际施工需求科学选择盾构机型，确保其性能与地质条件相符合，具有较强的适应性，以便加强地铁盾构区间施工质量控制。基于哈尔滨地铁3号线二期工程TJ-01标段招标文件和设计图纸出发，参考盾构工程实例及技术规范，以可靠性和适用性等为原则来对盾构机型号加以选择。盾构机选型过程中隧道设计与工期要求等相关数据信息如表1所示。

盾构机的应用，必须要确保其形式与地层相适应，盾构机进入施工现场之前必须要对盾构机进场方案和吊装方案进行详细制定，明确具体操作方案，并落实技术人员培训，以确保挂钩、指挥、焊接等各环节人员能够密切配合，严格依照安全操作规程进行操作，以顺利完成盾构吊装任务。对于本工程TJ-01标来说，需明确总体部署，并做好下井前各项准备工作，包括吊机工作场地硬化和吊机安装调试等，要准备好相关材料、设备和工具。盾构机下井吊装过程如图3所示。

盾构机吊装必须要掌握具体操作方法，做好盾壳焊接施工，及时将多余物件割除并打磨喷漆。盾构掘进以进出洞为重点，这一方面要做好技术交底，全面监控施工质量与安全。对于本工程来说，要加强盾构掘进施工管理和设备日常维护，针对盾构施工特殊地段穿越及特殊情况进行有针对性处理，规范开展联络通道施工。

6  结语

总而言之，地铁工程大多处于城市繁华地段，周围存在较多建筑物和地下管线等，一旦沉降事故发生会严重影响正常生活，甚至加大工程成本。地铁盾构区间施工过程中，必须要通过有效的技术措施来处理沉降问题，以维护整个地铁工程项目的综合效益。对于哈尔滨地铁3号线二期工程TJ-01标来说，要做到规范施工，并结合实际情况科学处理盾构区间施工沉降，有效降低盾构区间施工中的安全隐患，促进盾构区间施工任务的顺利完成，以确保取得良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]彭再高，尹小波.长沙地铁3号线盾构施工法引起的地表沉降及控制因素分析[J].河南科技，2018，633（07）：126-128.

[2]张建齐.地铁盾构施工对地表沉降的影响研究[J].城市建设理论研究（电子版），2018，264（18）：119.

[3]苏国琳.地铁盾构区间施工沉降处理技术探讨[J].工程建设与设计，2019（09）.

作者简介：刘强（1973-），男，辽宁锦州人，工程师，盾构公司总经理助理，主要研究地铁工程施工相关技术及负责项目管理工作。