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(jìn)行地鐵開挖施工時(shí)，在封閉開挖面之前，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)行開挖施工通常分層、分步開展。開挖施工分階段進(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，或選擇在開挖頂部打設(shè)超前管注漿加固，或整個(gè)開挖區(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，在開挖后形成地層沉降前在開挖結(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、開挖施工控制措施
對(duì)開挖施工進(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，回填注漿在開挖面后3 m處進(jìn)行，并隨開挖面的延伸及時(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。
