浅谈某地铁盾构法施工控制措施

浅谈某地铁盾构法施工控制措施

李凌燕关照智2李俊雨3

1.山东职业学院城市轨道交通系济南2501042.同圆设计集团有限公司济南250104；3.深圳市地铁集团有限公司深圳518000

摘要：目前地铁一般建设在高架桥上或者地下隧道内，对于隧道内施工，本文基于济南地铁济南西站地铁站至大杨庄站线路区段，结合济南水质、地质特点要求，分析盾构法施工建设的特点，并提出盾构法施工过程中，对地面变形的控制措施。

关键字：地铁隧道；盾构施工；地面变形；控制措施

随着城市规模的扩大和区域的职能化，城市内的交通压力也陡然增加。在大力倡导环保出行、金山银山不如绿水青山的号召下，地铁凸显出日益重要的地位，地铁线路建设施工工程在规模和量上也是持续的增加，这对施工安全也提出了严峻的考验，特别是隧道施工中，由于地下作业复杂，安全事故发生的几率增加，本文以济南地铁济南西站为例，分析大杨庄站到济南西站隧道施工相关情况。

1济南水文特点

济南属于温带大陆性气候，夏季雨水较多，一月份温度最低，极端最低气温曾经低至-19.7℃。济南被称为泉城，地下泉水丰富。地下水的动态是地下水补给量和排泄量随时间动态均衡的反映。当地下水的补给量大于排泄量时，地下水位上升；反之，当地下水的补给量小于排泄量时，地下水位就下降。各层地下水的动态各有其特点。济南每年6月至9月份为大气降水的丰水期，12月份至翌年1月份降水量较少。地下水水位在丰水期上升，一般9、10月份水位较高，在枯水期水位下降，一般在3至5月份水位较低。地质构造方面，总体而言是一个北倾单斜的结构，该结构的北边是小型褶曲和断裂（多是东西向），并有较广的岩浆活动，以南则是结晶基底（多是片麻岩），上面很少有褶曲，岩浆活动不多，倾角一般较缓和。

济南西站地铁站和大杨庄地铁站属于地下车站，位于黄河和小清河附近的平原地区，地层以黄土、黏土、粉质黏土、砂土层为主，黄土层较薄，局部含卵石，区间由大杨庄站出发沿齐鲁大道路敷设，后折向西北下穿长途客运枢纽、侧穿济南西站送站高架桥桩基，后到达济南西站，而且该线路区域附近无断裂构造带，土层物理力学性质较平稳，场地稳定性较好。整个线路区间不存在直接影响工程施工及运营稳定性的不良地质作用，从区域地质构造特征、新构造运动、历史地震背景、不良地质作用等分析，场地稳定性较好，但是在地下水作用及施工扰动下，容易产生流砂，可能造成地表下沉，因此在施工时，要注意注浆加固，并及时封闭成环。

2隧道盾构法施工

目前国内城市地铁隧道施工较为成熟作业方法有盾构法、矿山法、明挖法，上述三种施工方法各有其适应性及优缺点。明挖法施工，区间的土方量大，开挖困难，造价高，道路下施工对交通的干扰和城市环境的影响大，并且需要改移大量地下管线，工程投资大。矿山法施工，为了确保掌子面的稳定，需要在隧道拱部进行小导管注浆加固，另外还需进行施工降水，都会增加工程造价，而且从工程的安全性及其它风险因素考虑，由于矿山法属于人工开挖，施工过程中不可预见因素多，工期较慢，质量控制较难，选择了盾构法。

通过以上三种施工方法的综合比较，若采用矿山法施工，不易控制地表沉降、不利于保护地面建筑物及道路下地下管线；同时施工速度慢、工期长；隧道的施工质量及防水质量不宜保证。若采用明挖法施工，严重影响地面交通，且地下管线改迁量大，路面破坏严重，施工速度慢、工期长、造价高。若采用盾构法施工，能有效的控制地面沉降，保证地表建筑物及地下管线的安全，对城市环境影响小；盾构法施工速度快，工期短；施工质量容易保证、防水效果好，对居民生活影响较小。同时，结合济南西站到大杨庄站线路区域工程地质及水文地质条件、城市规划要求、周围既有建筑物、道路交通状况等多种因素综合比较后确定采用盾构法施工。

但是考虑到济南冬季温度较低，而盾构机施工中有些耗材是怕冻的，如渣土改良剂泡沫（要注入土层的耗材）、油脂（用于设备运行），因此需要对保温这些材料。保存不好，会对盾构机部件造成损伤，比如各种泵，还会影响施工安全和施工工期。同时为了防止循环水在管道中国结冰，施工场地会给管路敷上保温棉和电热丝。

该线路区段的联络通道拟采用矿山法施工。所处地层为属于粉质粘土层、粉细砂层。联络通道开挖前须对开挖断面及开挖轮廓线外地层进行地表加固，通道施工前应对加固效果进行超前钻孔检验，若不合格，应进行补充注浆，然后再检验至合格为止。

3隧道盾构法对地面变形控制

（1）盾构前方的隆陷控制

地表隆起的主要原因是盾构正面对土体的推力大于原始侧向地应力，因此在实时监测的情况下可以根据地表隆起状况调整推进速度及出土量，降低正面土仓压力达到降低地表隆起的目的。地表沉降过大则是由于开挖面推力小于原始应力而引起的，应通过调整推进速度及减少出土量，提高正面土仓压力方式来控制沉降。

（2）盾构通过时的沉降控制

这一沉降是无法避免的，但是如果沉降超限可以采取控制掘进速度和出土量，调整土仓压力，控制同步注浆的压力及注浆量，从而达到有效控制地层的弹塑性变形。

（3）固结沉降的控制

盾构通过后，由于应力松弛的影响，地层还会发生固结沉降，为此应根据地面实时监测结果进行实时控制，在管片衬砌背后实施跟踪回填与固结注浆，尤其对拱部120°范围进行地层固结注浆。

（4）其它措施

盾构在曲线推进、纠偏、抬头过程中，实际开挖断面不是圆形而是椭圆，从而会引起附加变形，此时应调整掘进速度与正面土压，达到减少对地层的扰动度和减少超挖的效果，从而减少地层的变形。盾构暂停推进时，可能会引起盾构后退，而使开挖面松弛造成地表沉陷，此时应作好防止盾构后退措施，并对开挖面及盾尾采取封闭措施。

4总结

盾构法施工具有以下特点：

（1）施工中无需降水。由于盾构机从技术上解决了含水地层施工问题，施工中无需降水。

（2）沉降控制容易。盾构前方土仓的压力可以部分平衡开挖面的地层压力。因此地应力不会因开挖而完全松驰。这种土压平衡作用可有效降低地面沉降值，通过增大平衡压力，有时可以使地面几乎不沉降。

（3）工程可靠性高。由于盾构法施工有盾构壳体的保护，施工中只要压力和出土量控制得当，是可以保证安全的。同时，由于采用钢筋混凝土管片，衬砌质量也比较可靠，防水效果好，隧道建成后不易出现渗漏水。

（4）对环境影响小。采用机械化施工，劳动强度低，施工人员工作环境好，无爆破震动、无噪声等公害。

参考文献

[1]李鸿威，刘树亚.地铁工程中盾构法隧道的质量缺陷和改进办法[J].西部探矿工程，2003(12)：84-86.

[2]姚红方.地铁隧道矿山法施工安全风险管理研究[D].徐州:中国矿业大学,2016.

[3]王定军,程盼盼.地铁区间隧道盾构施工安全风险管理研究[J].工程建设与设计,2016(4):167-170.

[4]何梦超.地铁盾构法隧道工程安全风险评估研究[D].福州:福建工程学院,2017.

作者简介：

李凌燕，出生年月：1990年3月，籍贯：山东莱阳，性别：女，学历：硕士，毕业院校：西南交通大学，工作单位：山东职业学院，职称：讲师，研究方向:城市轨道交通运营管理。