地鐵施工中地表沉降控制技術(shù)綜述
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共2頁(yè)
盾構(gòu)施工中引起的地層損失和盾構(gòu)隧道周?chē)軘_動(dòng)或受剪切破壞的重塑土的再固結(jié)，是地面沉降的基本原因。
（一）地層損失地層損失是盾構(gòu)施工中實(shí)際開(kāi)挖土體體積與竣工隧道體積之差。周?chē)馏w在彌補(bǔ)地層損失中發(fā)生地層移動(dòng)，引起地面沉降。
引起地層損失的施工及其他因素是：
（1）開(kāi)挖面土體移動(dòng)。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，開(kāi)挖面土體受到的水平支護(hù)應(yīng)力小于原始側(cè)向力，開(kāi)挖土體向盾構(gòu)內(nèi)移動(dòng)，引起地層損失而導(dǎo)致盾構(gòu)上方地面沉降；當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，如作用在正面的土體的推力大于原始側(cè)向力，則正向土體向上、向前移動(dòng)，引起地層損失（欠挖）而導(dǎo)致盾構(gòu)前上方土體隆起。
（2）盾構(gòu)后退。在盾構(gòu)暫停推進(jìn)中，由于盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂漏油回縮而可能引起盾構(gòu)后退，使開(kāi)挖面土體坍落或松動(dòng)，造成地層損失。
（3）土體擠入盾尾空隙。由于盾尾后面隧道外周建筑空隙中壓漿不及時(shí)，壓漿量不足，壓漿壓力不恰當(dāng)，使盾尾后周邊土體失去原始三維平衡狀態(tài)，而向盾尾空隙中移動(dòng)，引起地層損失。
（4）改變推進(jìn)方向。盾構(gòu)在曲線(xiàn)推進(jìn)、糾偏、抬頭推進(jìn)或叩頭推進(jìn)過(guò)程中，實(shí)際開(kāi)挖面不是圓形而是橢圓，因此引起地層損失。
（5）盾構(gòu)移動(dòng)對(duì)地層的摩擦和剪切。
（6）在土壓力作用下，隧道襯砌產(chǎn)生的變形也會(huì)引起少量的地層損失。
（二）受擾動(dòng)土的固結(jié)盾構(gòu)隧道土體受到盾構(gòu)施工的擾動(dòng)后，便在盾構(gòu)隧道的周?chē)纬沙紫端畨毫^(qū)（正值或負(fù)值）。當(dāng)盾構(gòu)離開(kāi)該處地層后，由于土體表面壓力釋放，隧道周?chē)目紫端畨毫Ρ阆陆怠Ｔ诔紫端畨毫︶尫胚^(guò)程中，孔隙水排出，引起地層移動(dòng)和地面下降。此外，由于盾構(gòu)推進(jìn)中的擠壓作用和盾尾后的壓漿作用的施工因素，使周?chē)貙有纬烧档某紫端畨簠^(qū)。其超孔隙水壓力，在盾構(gòu)隧道施工后的一段時(shí)間內(nèi)復(fù)原，在此過(guò)程中地層發(fā)生排水固結(jié)變形，引起地面沉降。土體受擾動(dòng)后，土體骨架還會(huì)有持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的壓縮變形，在此過(guò)程中發(fā)生的地面沉降稱(chēng)為次固結(jié)沉降。在孔隙比和靈敏度較大的軟塑和流塑性粘土中，次固結(jié)沉降往往要持續(xù)幾年以上，它所占的沉降量比例可高達(dá)35％以上。
從盾構(gòu)法施工引起地面沉陷的原因可以看出，控制盾構(gòu)施工參數(shù)如推力、推速、正面土壓、同步注漿量和壓力等，可有效地抑制其引起的地面沉陷。
3．5 沉降控制案例：
深南路～紅嶺路人行地道工程深南路～紅嶺路人行地道位于深南中路與紅嶺路相交十字路口，西南角建有紅嶺大廈，西北角建有“鄧小平畫(huà)像”，東北角為大劇院下沉廣場(chǎng)，東南角有金融中心。
該路口深南中路寬50米，紅嶺路寬40米，人行地道設(shè)計(jì)為互通式，十字路四角方向均布有出入口。
深南路～紅嶺路人行地道工程施工地層由上向下依次為：
1、人工填土層（Qml）：上部為路面及路基塊石；下部褐黃、灰黃、褐紅等色，由粘性土混30～40 %的碎石、塊石組成，底部由粘性土混少量植物根須組成。堆填時(shí)間10年以上已基本完成自重固結(jié)，結(jié)構(gòu)稍密～中密。場(chǎng)地內(nèi)各鉆孔均見(jiàn)該層，層厚2.0～5.8m.
2、第四系全新統(tǒng)海陸交互沉積層（Q4ml）：中砂（含淤泥質(zhì)）（Z/S），灰～灰黑、褐灰等色，成分為石英質(zhì)，混少量淤泥及有機(jī)質(zhì)，局部夾淤泥質(zhì)土團(tuán)塊。飽和，松散。厚薄不均，層厚1.6～4.7m.
3、四系晚更新統(tǒng)沖積層（Q3al+pl）：
粘性：褐黃、灰白、灰黃等色，濕，可~硬塑。含少量粉細(xì)砂。光滑，搖振反應(yīng)無(wú)，干強(qiáng)高度，韌性高。該層主要分布于場(chǎng)地南側(cè)，層厚1.2～3.3m.礫砂：褐黃、灰白、灰黃等色，成分為石英質(zhì)，不均勻混少量粘土，局部夾團(tuán)狀粘性土。飽和稍密～中密。場(chǎng)地范圍內(nèi)孔20外，其于鉆孔均可見(jiàn)，層厚1.0～5.4m.
4、四系中更新統(tǒng)殘積層（Qel）
礫質(zhì)粘土：灰白、褐黃、灰黃等色，由粗粒花崗巖風(fēng)化殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)尚可辯。無(wú)搖反應(yīng)，稍有光滑，干強(qiáng)度中等，韌性中等。很濕~濕，可~硬塑狀態(tài)。該土遇水極易軟化。層厚不詳。
地下水豐富，屬孔隙型潛水，略具承壓性質(zhì)。穩(wěn)定水位埋深0.3~4.1m，地下水主要賦存于第四系全新系統(tǒng)海陸交互沉積中砂和晚更新沖洪積礫砂層中，地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給。場(chǎng)地地下水在強(qiáng)透水砂層中對(duì)混凝土具弱碳酸型腐蝕型。
地鐵區(qū)間隧道施工造成深南中路和紅嶺路交叉路口較大范圍地表沉降，且沉降值達(dá)50 cm以上；沿深南中路、紅嶺路兩側(cè)各有現(xiàn)狀鑄鐵給水管，因地表沉降以對(duì)給水工程造成一定程度的影響及破壞；深南中路和紅嶺路交叉路口，發(fā)現(xiàn)有“囊狀風(fēng)化帶”等不良情況，并且出現(xiàn)了坍塌現(xiàn)象；A通道暗通過(guò)地鐵隧道上方地段；該地道工程埋深淺且鄰近地下管線(xiàn)。施工條件差。
深南中路紅嶺地下通道的人行地道包括A、B、C三段暗挖通道和7段明挖梯道。暗挖通道總長(zhǎng)為188.26m，明挖梯道總長(zhǎng)為262.75m.暗挖通道按“新奧法”原理進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，“淺埋暗挖法”進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)采用格柵鋼架、網(wǎng)、噴砼聯(lián)合支護(hù)形式，輔以臨時(shí)支撐、小導(dǎo)管超前支護(hù)及預(yù)注漿加固地層。二次襯砌為模注鋼筋砼結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)防水層防水。明挖梯道采用直壁開(kāi)挖，砂漿錨桿、型鋼網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。輔以臨時(shí)支撐、小導(dǎo)管預(yù)注漿加固地層。二次襯砌為模注鋼筋砼結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)防水層防水。在施工過(guò)程中，每開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺50cm就開(kāi)始支護(hù)，并嚴(yán)格進(jìn)行地表沉降數(shù)據(jù)的及時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)分析，有效控制了沉降事故的發(fā)生。
4. 地鐵工程沉降事故的應(yīng)急處置地鐵工程中地表沉降事故的發(fā)生，一般由地下空間的塌方、爆破、支護(hù)不當(dāng)或者失效等事故直接引起，容易造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。所以，針對(duì)地鐵施工中沉降事故的發(fā)生，制定和實(shí)施一套健全的應(yīng)急預(yù)案是相當(dāng)重要的。
應(yīng)急預(yù)案是指未來(lái)加強(qiáng)對(duì)重大事故的處理能力，防止事故擴(kuò)大，使事故損失降到最低限度，而根據(jù)實(shí)際情況制定的事故應(yīng)急救援對(duì)策。通過(guò)制定應(yīng)急預(yù)案并進(jìn)行必要的演練，事故發(fā)生時(shí)采取正確的應(yīng)對(duì)措施，一方面可以控制事故的影響范圍，降低人員傷害呵財(cái)產(chǎn)損失，另一方面可以避免人為措施的失當(dāng)造成的事故擴(kuò)大。
應(yīng)急預(yù)案從表面上看，是一套應(yīng)急響應(yīng)程序。而實(shí)際上，一套完善的預(yù)案是有其支撐平臺(tái)的。這個(gè)平臺(tái)就是：
（1）人才資源的合理配置及有效組合。
（2）相關(guān)設(shè)備、物料的配備和合理有效地管理、運(yùn)用。
（3）對(duì)危險(xiǎn)有害因素的全面辨識(shí)和分析評(píng)估。應(yīng)急處置程序運(yùn)行在這個(gè)基礎(chǔ)上，才能真正算的上一套完善的應(yīng)急預(yù)案。
（一）制定應(yīng)急預(yù)案的一般程序和內(nèi)容
1.一般程序：
（1）突發(fā)事故及其危險(xiǎn)性分析
（2）應(yīng)急計(jì)劃對(duì)象區(qū)域劃定：根據(jù)應(yīng)急救援救援力量來(lái)源的范圍一般分為區(qū)域應(yīng)急救援和單位應(yīng)急救援。
（3）編制應(yīng)急救援計(jì)劃：包括技術(shù)措施和組織協(xié)調(diào)措施兩個(gè)方面。
（4）應(yīng)急救援資源配置：包括人才資源和設(shè)備、物料的配置兩個(gè)方面。
（5）應(yīng)急救援預(yù)案演練：一方面是對(duì)各方面因素的協(xié)調(diào)性的演練，一方面是發(fā)現(xiàn)不足實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的手段。
（6）應(yīng)急預(yù)案效果評(píng)價(jià)與改進(jìn)：應(yīng)急救援方式會(huì)隨著社會(huì)環(huán)境、技術(shù)條件等因素的變化而變化，所以要持續(xù)改進(jìn)以適應(yīng)各方面的環(huán)境因素變化，從而能夠發(fā)揮預(yù)案應(yīng)有的效能。
2.一般內(nèi)容：核心是制定所采取的技術(shù)和組織措施。
（1）組織機(jī)構(gòu)及其職責(zé)。包括：應(yīng)急預(yù)案制定、日常協(xié)調(diào)和指揮的機(jī)構(gòu)；相關(guān)部門(mén)在應(yīng)急救援中的職責(zé)和分工。
（2）危險(xiǎn)源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。
（3）通告程序與報(bào)警系統(tǒng)：確定由哪一級(jí)組織啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)。
（4）應(yīng)急設(shè)備設(shè)、物料的配置。
（5）應(yīng)急能力與資源配置的評(píng)價(jià)。
（6）事故應(yīng)急救援針對(duì)性措施程序的制定。
（7）信息發(fā)布與公眾教育。
（8）事故后恢復(fù)程序。
（9）培訓(xùn)與演練。
（10）應(yīng)急預(yù)案的維護(hù)。
（二）沉降事故處置應(yīng)急預(yù)案的編制過(guò)程
（1）成立預(yù)案編制小組 ：沉降事故應(yīng)急預(yù)案編制小組應(yīng)該由施工單位、施工監(jiān)理單位和業(yè)主三方面的人員參加，由質(zhì)量與安全方面的第一負(fù)責(zé)人、專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員、輔助人員（包括財(cái)務(wù)、物資供應(yīng)人員等）構(gòu)成。
（2）風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估 ：由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員針對(duì)沉降事故進(jìn)行各個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)。
（3）編制應(yīng)急預(yù)案 ：以風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)編制沉降事故應(yīng)急預(yù)案。
（4）應(yīng)急預(yù)案的評(píng)審與發(fā)布 ：由總工程師組織相關(guān)技術(shù)人員對(duì)應(yīng)急預(yù)案的準(zhǔn)確性、有效性進(jìn)行審核，提出改進(jìn)建議，從而使預(yù)案趨于完善。在修改完善之后，把預(yù)案通報(bào)給全體施工人員、生產(chǎn)質(zhì)量安全管理人員、建設(shè)監(jiān)理人員及業(yè)主，并組織對(duì)預(yù)案的學(xué)習(xí)。
（5）應(yīng)急預(yù)案的實(shí)施：在實(shí)踐中檢驗(yàn)預(yù)案的有效性。
（6）應(yīng)急預(yù)案的持續(xù)改進(jìn)：沉降事故的發(fā)生具有共性，但是在實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)發(fā)生未預(yù)想到的情況。所以在生產(chǎn)中要做到對(duì)應(yīng)急預(yù)案的持續(xù)改進(jìn)。
（三）沉降事故應(yīng)急處置的資源配置
1.人員配置及組織管理
應(yīng)急處置所需的人員有三個(gè)方面：指揮人員、沉降事故處理技術(shù)人員、應(yīng)急處置輔助人員（包括醫(yī)療救護(hù)、設(shè)備物料運(yùn)送、其他人員）。
人員的組織管理要建立起一個(gè)完善的組織體系，實(shí)行明確的分工，擁有高效的協(xié)調(diào)機(jī)制。
2.應(yīng)急處置所需設(shè)備、物料的儲(chǔ)備與管理
應(yīng)急所需設(shè)備和物料是進(jìn)行應(yīng)急處置的基礎(chǔ)，所需設(shè)備、物料的配備和使用管理關(guān)系到應(yīng)急響應(yīng)能否有效進(jìn)行。一方面設(shè)備、物料的全面配備要有嚴(yán)格的組織程序保障，另一方面對(duì)所配備設(shè)備、物料的嚴(yán)格保養(yǎng)、檢驗(yàn)也要寫(xiě)進(jìn)組織程序。這樣才能保證設(shè)備物料的有效性。
（四）風(fēng)險(xiǎn)因素的辨識(shí)和評(píng)估
沉降事故的發(fā)生原因、可能結(jié)果等因素是編制事故應(yīng)急處置技術(shù)措施的基礎(chǔ)。
（五）沉降事故應(yīng)急響應(yīng)程序的制定
事故發(fā)生在時(shí)間上具有突發(fā)性，應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)必須在短時(shí)間內(nèi)完成。那么，如何使應(yīng)急預(yù)案在短時(shí)間內(nèi)全面協(xié)調(diào)地運(yùn)作起來(lái)就成為事故處置效果的關(guān)鍵影響因素。應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)的啟動(dòng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要調(diào)動(dòng)起人員、設(shè)備、物料等多方面因素。這需要有快捷的通訊聯(lián)絡(luò)技術(shù)、指揮者扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和敏捷的處理能力、有效的人員協(xié)調(diào)機(jī)制。
5．結(jié)語(yǔ)
城市地鐵工程一般建設(shè)在城市內(nèi)交通壓力大的繁華地段，而地下工程的施工常常造成地表下沉的事故發(fā)生。但是，地表下沉的機(jī)理到目前為止還未形成定論，本文中有關(guān)的沉降機(jī)理分析只是目前比較流行的理論，隨著理論和技術(shù)的不斷進(jìn)步、完善，地層沉降理論也將會(huì)逐漸清晰，屆時(shí)有關(guān)的沉降控制技術(shù)和應(yīng)急處理技術(shù)也會(huì)逐漸完善。
『參考文獻(xiàn)』
（1）李鈾、李小強(qiáng)、彭意中南大學(xué)土木建筑學(xué)院《地鐵施工中的地表沉陷控制方法與工程實(shí)例》
（2）周鍵、王亞飛、池永、廖熊華 人民交通出版社《現(xiàn)代城市建設(shè)工程風(fēng)險(xiǎn)與保險(xiǎn)》
（3）黎忠文 《深圳地鐵施工突發(fā)事故應(yīng)急預(yù)案編制》
