地鐵施工沉降監(jiān)測分析與控制
2015-04-14
一、前言
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國許多城市也漸漸加大了城市地鐵建設力度。城市地鐵暗挖隧道工程必須要在巖土體內(nèi)部施工，不管埋深大小，開挖隧道施工勢必會擾動地下巖土體，導致原有平衡狀態(tài)遭到破壞，逐漸轉(zhuǎn)向新的平衡狀態(tài)。開挖地下巖土體勢必會導致地表沉降、變形，當?shù)乇沓两档侥撤N程度將會對地下管線的正常使用和地面建筑物的安全產(chǎn)生影響。因此隧道開挖施工時，要與保護城市中有歷史意義和經(jīng)濟、社會意義的設施協(xié)調(diào)起來。要根據(jù)要求，采取有效措施來減小沉降和變形，使得地面房屋、道路、管線等建(構)筑物不至受到損害，生態(tài)環(huán)境不至惡化。
二、地鐵暗挖施工沉降的原因分析
從其機理上分析，地鐵施工影響地層沉降程度主要是開挖施工引起的地面沉降以及降水施工引起的沉降。
1、開挖施工的影響
在進行地鐵開挖施工時，在封閉開挖面之前，由于應力釋放將引起一定程度的地層收縮變形，進而導致地表下沉；在暗挖施工分臺階進行過程中，在上臺階支護和下臺階封閉成環(huán)前，拱頂產(chǎn)生的沉降會導致地表產(chǎn)生一定程度的下沉；開挖初支與土體之間在網(wǎng)噴混凝土施工后勢必會存在空隙或孔洞，在初支背后回填注漿之前，土體的自由沉積也會導致地層沉降。
一般來講，地鐵車站等地下結(jié)構具有較大復雜性，實施暗挖法進行開挖施工通常分層、分步開展。開挖施工分階段進行將會較大程度對地層造成重復擾動，由于群洞效應會導致地表沉降加劇，特別是不同結(jié)構相交地段開挖重復影響劇烈，除了受力情況較為復雜之外，還由于具有較多影響因素，所以，產(chǎn)生較大累計沉降。
2、降水施工的影響
為滿足地鐵施工無水作業(yè)要求，需開展降水施工。當在飽和粘性土弱透水層上下方的含水層降水時，在水壓力減小的情況下土層的總應力卻保持不變。這種情況下，由于裂縫水壓力減小，勢必會導致顆粒間有效應力增大，繼而導致土層出現(xiàn)沉降。由于含水砂層透水性良好，其中，有效應力的增大相當于水壓力的減小，含水層通?？煽闯蓮椥泽w，有效應力增大導致其壓密、沉降。
導致地面沉降的主要原因是在地鐵降水施工過程中，抽吸地下水導致水位或水壓下降，導致上覆土層有效自重壓力增大，形成的附加荷載造成土層固結(jié)。在降水井進行降水施工過程中，地下水滲透補給降水井，不僅有地下水，伴隨地下水的還有細小的土體顆粒(降水井濾網(wǎng)的細密程度決定了土體顆粒大小)。土體流失也能導致地層沉降，沉降值以降水井為中心向四周遞減。
三、地鐵施工沉降控制措施
1、洞內(nèi)地層加固措施
在暗挖通道出現(xiàn)土體松散、掌子面失水等情況下，開挖面很難自穩(wěn)，一般會出現(xiàn)塌方，進而導致地表產(chǎn)生較大沉降。在進行地鐵施工時，一般使用超前注漿預加固的方式來應對此類問題。超前加固可按照需加固的范圍及超前鉆孔的能力確定一次加固范圍，或選擇在開挖頂部打設超前管注漿加固，或整個開挖區(qū)域打設超前管棚注漿加固。超前注漿加固有超前小導管、管棚、前進式分段注漿等方式，具體采用何種工藝應根據(jù)現(xiàn)場施工條件及工程具體情況而定。
為使暗挖通道結(jié)構的側(cè)向壓力降低，保證邊墻應力收斂變形減小，不僅要注漿加固地面上對暗挖結(jié)構側(cè)土體，還要實施在開挖后的通道側(cè)壁對土體采用徑向注漿措施加固土體。以上加固措施除了可以減少沉降，改善土層外，還能夠借助注漿錨桿的拉結(jié)作用使初支結(jié)構邊墻的承載能力得以提高。此外，為保證地表建筑物的安全、對建筑物的不均勻沉降進行控制，在開挖后形成地層沉降前在開挖結(jié)構內(nèi)進行徑向注漿，對建筑物地基下方土體進行加固。加固改良后的土體能具備更好的承載能力，從而減小建筑物的沉降量。
2、地上土層加固措施
地鐵暗挖結(jié)構上方土體一般為受開挖沉降影響最大的區(qū)域，因此，對暗挖結(jié)構拱頂?shù)牟涣嫉刭|(zhì)段或受力情況復雜的地段進行注漿加固。對地層結(jié)構進行改良，能夠有效減小施工沉降；而且，暗挖結(jié)構開挖后，土層應力釋放，支護結(jié)構側(cè)邊內(nèi)外行成偏側(cè)土壓力，也會導致支護結(jié)構的側(cè)向收縮變形致使上方地層產(chǎn)生不均勻沉降，導致接近地鐵結(jié)構建筑物出現(xiàn)沉降傾斜。
地面注漿加固通常采用抽條注漿、袖閥注漿、分段式注漿等方式進行，注漿漿液根據(jù)地層情況及施工需要采用水泥漿或水泥、水玻璃雙液漿等。地表注漿前應通過地質(zhì)報告及地質(zhì)雷達探測等方法對暗挖上方及周邊地層的松散地層區(qū)域、水囊、空洞、滲水區(qū)域、管線位置等進行了解定位。此外，要認真調(diào)查開挖影響范圍內(nèi)管線的類型、管材、埋深以及周邊建筑物結(jié)構形式、基礎結(jié)構等，對有可能對地面建筑物、暗挖結(jié)構、地下管線安全產(chǎn)生影響的區(qū)域進行有針對性的注漿加固。
3、開挖施工控制措施
對開挖施工進行全過程控制能夠有效降低施工沉降。在進行地鐵暗挖施工時，必須要嚴格遵守“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、快封閉、勤量測”18字方針，將施工工藝的每個環(huán)節(jié)落實到位，對各道工序的施工質(zhì)量嚴格進行控制。認真落實施工措施，便可以最大程度減小暗挖施工引起的沉降。
控制坍塌對控制沉降起到極為關鍵的作用，進行超前支護是避免坍塌的非常重要的措施。施工過程中，不僅要嚴格根據(jù)設計的支護參數(shù)打設超前導管，在地質(zhì)狀況不理想的地段也可按照具體情況實施加長導管長度、增設小導管數(shù)量、全掌子面打設小導管注漿等措施來對土體進行加固，保證開挖安全。小導管注漿針對施工需要及地質(zhì)情況使用水泥或水泥漿、水玻璃雙液漿。在進行暗挖施工時必須要對每環(huán)開挖進尺進行嚴格控制，隨挖隨支，最大程度縮短每環(huán)開挖支護的施工時間，保證盡早封閉；還要對初支結(jié)構鋼架加工及連接質(zhì)量嚴格控制，確保網(wǎng)噴混凝土質(zhì)量，增強初支結(jié)構的穩(wěn)定性。在進行分臺階開挖過程中，上臺階支護與下臺階封閉成環(huán)前，上臺階底腳應墊設木板并打設鎖腳錨桿，以使沉降量降低；要規(guī)范及時進行初支結(jié)構臨時支撐施工，在拆除過程中要對分段拆除長度嚴格控制，還要強化監(jiān)控量測。
在開挖支護施工過程中，在初支背后埋設普通焊接鋼管作為回填注漿管，管長約為0．6m。注漿管沿拱頂布置，每斷面至少要有3根，縱向間距3 m，回填注漿在開挖面后3 m處進行，并隨開挖面的延伸及時跟上。背后注漿常使用水泥漿，水灰比為0.8—1.0，注漿壓力控制在0.2—0.6 MPa。
四、結(jié)束語
在進行地鐵工程施工時地鐵暗挖施工所引起的沉降是不可避免的，但為了地表、管線及建筑物的安全，必須將這種沉降控制在一定范圍內(nèi)。盡管地鐵施工具有復雜的環(huán)境、很高的施工難度、施工受很多因素影響，但是現(xiàn)階段世界地鐵施工技術逐漸趨于成熟，此外，在地鐵施工快速發(fā)展的推動下，涌現(xiàn)了許多新技術及新材料，這下新技術和新材料的應用將會不斷提高地暗挖施工沉降的控制效果。
