地鐵施工沉降監(jiān)測(cè)分析與控制
2015-04-14
一、前言
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)許多城市也漸漸加大了城市地鐵建設(shè)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(kāi)挖隧道施工勢(shì)必會(huì)擾動(dòng)地下巖土體，導(dǎo)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(kāi)挖地下巖土體勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致地表沉降、變形，當(dāng)?shù)乇沓两档侥撤N程度將會(huì)對(duì)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(kāi)挖施工時(shí)，要與保護(hù)城市中有歷史意義和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)意義的設(shè)施協(xié)調(diào)起來(lái)。要根據(jù)要求，采取有效措施來(lái)減小沉降和變形，使得地面房屋、道路、管線等建(構(gòu))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(jī)理上分析，地鐵施工影響地層沉降程度主要是開(kāi)挖施工引起的地面沉降以及降水施工引起的沉降。
1、開(kāi)挖施工的影響
在進(jìn)行地鐵開(kāi)挖施工時(shí)，在封閉開(kāi)挖面之前，由于應(yīng)力釋放將引起一定程度的地層收縮變形，進(jìn)而導(dǎo)致地表下沉；在暗挖施工分臺(tái)階進(jìn)行過(guò)程中，在上臺(tái)階支護(hù)和下臺(tái)階封閉成環(huán)前，拱頂產(chǎn)生的沉降會(huì)導(dǎo)致地表產(chǎn)生一定程度的下沉；開(kāi)挖初支與土體之間在網(wǎng)噴混凝土施工后勢(shì)必會(huì)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(huì)導(dǎo)致地層沉降。
一般來(lái)講，地鐵車站等地下結(jié)構(gòu)具有較大復(fù)雜性，實(shí)施暗挖法進(jìn)行開(kāi)挖施工通常分層、分步開(kāi)展。開(kāi)挖施工分階段進(jìn)行將會(huì)較大程度對(duì)地層造成重復(fù)擾動(dòng)，由于群洞效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致地表沉降加劇，特別是不同結(jié)構(gòu)相交地段開(kāi)挖重復(fù)影響劇烈，除了受力情況較為復(fù)雜之外，還由于具有較多影響因素，所以，產(chǎn)生較大累計(jì)沉降。
2、降水施工的影響
為滿足地鐵施工無(wú)水作業(yè)要求，需開(kāi)展降水施工。當(dāng)在飽和粘性土弱透水層上下方的含水層降水時(shí)，在水壓力減小的情況下土層的總應(yīng)力卻保持不變。這種情況下，由于裂縫水壓力減小，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致顆粒間有效應(yīng)力增大，繼而導(dǎo)致土層出現(xiàn)沉降。由于含水砂層透水性良好，其中，有效應(yīng)力的增大相當(dāng)于水壓力的減小，含水層通常可看成彈性體，有效應(yīng)力增大導(dǎo)致其壓密、沉降。
導(dǎo)致地面沉降的主要原因是在地鐵降水施工過(guò)程中，抽吸地下水導(dǎo)致水位或水壓下降，導(dǎo)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(jìn)行降水施工過(guò)程中，地下水滲透補(bǔ)給降水井，不僅有地下水，伴隨地下水的還有細(xì)小的土體顆粒(降水井濾網(wǎng)的細(xì)密程度決定了土體顆粒大小)。土體流失也能導(dǎo)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(kāi)挖面很難自穩(wěn)，一般會(huì)出現(xiàn)塌方，進(jìn)而導(dǎo)致地表產(chǎn)生較大沉降。在進(jìn)行地鐵施工時(shí)，一般使用超前注漿預(yù)加固的方式來(lái)應(yīng)對(duì)此類問(wèn)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(kāi)挖頂部打設(shè)超前管注漿加固，或整個(gè)開(kāi)挖區(qū)域打設(shè)超前管棚注漿加固。超前注漿加固有超前小導(dǎo)管、管棚、前進(jìn)式分段注漿等方式，具體采用何種工藝應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件及工程具體情況而定。
為使暗挖通道結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力降低，保證邊墻應(yīng)力收斂變形減小，不僅要注漿加固地面上對(duì)暗挖結(jié)構(gòu)側(cè)土體，還要實(shí)施在開(kāi)挖后的通道側(cè)壁對(duì)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(gòu)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(duì)建筑物的不均勻沉降進(jìn)行控制，在開(kāi)挖后形成地層沉降前在開(kāi)挖結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行徑向注漿，對(duì)建筑物地基下方土體進(jìn)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(gòu)上方土體一般為受開(kāi)挖沉降影響最大的區(qū)域，因此，對(duì)暗挖結(jié)構(gòu)拱頂?shù)牟涣嫉刭|(zhì)段或受力情況復(fù)雜的地段進(jìn)行注漿加固。對(duì)地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，能夠有效減小施工沉降；而且，暗挖結(jié)構(gòu)開(kāi)挖后，土層應(yīng)力釋放，支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)邊內(nèi)外行成偏側(cè)土壓力，也會(huì)導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向收縮變形致使上方地層產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致接近地鐵結(jié)構(gòu)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(jìn)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(yīng)通過(guò)地質(zhì)報(bào)告及地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)等方法對(duì)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(jìn)行了解定位。此外，要認(rèn)真調(diào)查開(kāi)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(gòu)形式、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等，對(duì)有可能對(duì)地面建筑物、暗挖結(jié)構(gòu)、地下管線安全產(chǎn)生影響的區(qū)域進(jìn)行有針對(duì)性的注漿加固。
3、開(kāi)挖施工控制措施
對(duì)開(kāi)挖施工進(jìn)行全過(guò)程控制能夠有效降低施工沉降。在進(jìn)行地鐵暗挖施工時(shí)，必須要嚴(yán)格遵守“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”18字方針，將施工工藝的每個(gè)環(huán)節(jié)落實(shí)到位，對(duì)各道工序的施工質(zhì)量嚴(yán)格進(jìn)行控制。認(rèn)真落實(shí)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(duì)控制沉降起到極為關(guān)鍵的作用，進(jìn)行超前支護(hù)是避免坍塌的非常重要的措施。施工過(guò)程中，不僅要嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)的支護(hù)參數(shù)打設(shè)超前導(dǎo)管，在地質(zhì)狀況不理想的地段也可按照具體情況實(shí)施加長(zhǎng)導(dǎo)管長(zhǎng)度、增設(shè)小導(dǎo)管數(shù)量、全掌子面打設(shè)小導(dǎo)管注漿等措施來(lái)對(duì)土體進(jìn)行加固，保證開(kāi)挖安全。小導(dǎo)管注漿針對(duì)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(jìn)行暗挖施工時(shí)必須要對(duì)每環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺進(jìn)行嚴(yán)格控制，隨挖隨支，最大程度縮短每環(huán)開(kāi)挖支護(hù)的施工時(shí)間，保證盡早封閉；還要對(duì)初支結(jié)構(gòu)鋼架加工及連接質(zhì)量嚴(yán)格控制，確保網(wǎng)噴混凝土質(zhì)量，增強(qiáng)初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在進(jìn)行分臺(tái)階開(kāi)挖過(guò)程中，上臺(tái)階支護(hù)與下臺(tái)階封閉成環(huán)前，上臺(tái)階底腳應(yīng)墊設(shè)木板并打設(shè)鎖腳錨桿，以使沉降量降低；要規(guī)范及時(shí)進(jìn)行初支結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐施工，在拆除過(guò)程中要對(duì)分段拆除長(zhǎng)度嚴(yán)格控制，還要強(qiáng)化監(jiān)控量測(cè)。
在開(kāi)挖支護(hù)施工過(guò)程中，在初支背后埋設(shè)普通焊接鋼管作為回填注漿管，管長(zhǎng)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(kāi)挖面后3 m處進(jìn)行，并隨開(kāi)挖面的延伸及時(shí)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(yǔ)
在進(jìn)行地鐵工程施工時(shí)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(fù)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(shù)逐漸趨于成熟，此外，在地鐵施工快速發(fā)展的推動(dòng)下，涌現(xiàn)了許多新技術(shù)及新材料，這下新技術(shù)和新材料的應(yīng)用將會(huì)不斷提高地暗挖施工沉降的控制效果。
