摘要：采用盾構法施工城市地鐵隧道時，如何控制隧道開挖對地表沉降、周邊建構筑物的影響是施工所面臨的一個重要問題。本文依托深圳地鐵9號線盾構隧道下穿廣深鐵路，對地面沉降進行計算分析，探討盾構施工對地層沉降及對上部建構筑物的影響，有助于指導施工。

　　關鍵詞：盾構隧道,鐵路,沉降分析

　　1、引言

　　隨著我國經濟的高速增長，城市規模高速發展、城市人口日益密集、城市交通壓力也越來越大。發展地鐵不僅是當前緩解城市交通擁堵的有效途徑，對促進和推進城市經濟發展有著重要作用，發達的地鐵交通也是一個城市現代化程度的重要標志。目前全國各大城市都在加快地鐵建設。盾構法隧道施工具有安全、快速、地表沉降小等優點，目前已廣泛應用于地鐵隧道工程，然而，盾構施工誘發的環境問題也日益嚴重，如何控制地表沉降成為工程的一大難題。

　　2、工程概況

　　深圳地鐵9號線鹿丹村站～人民南站區間沿春風路向東下穿廣深鐵路。本區間隧道設計采用盾構法施工，盾構掘進斷面Ф6280mm，拼裝管片外徑Ф6000mm、內徑Ф5400mm。廣深鐵路為國家I級干線鐵路，軌道采用碎石道床、普通砼軌枕。盾構隧道平面上與鐵路垂直相交，穿越長度約45m，區間隧道與鐵路的豎向距離為23.5m。

　　3、工程水文地質條件

　　本區間隧道在建設路與和平路間下穿廣深鐵路，此區域地層由上而下一次為：素填土、淤泥質土、粘土、圓礫、粉質粘土、全風化變質砂巖、強風化變質砂巖、斷層角礫、中風化變質砂巖。

　　隧道位于斷層角礫、中風化變質砂巖地層，隧道頂埋深約21m，隧道與鐵路路基間地層為素填土、淤泥質土、粘土、圓礫、粉質粘土、全風化變質砂巖、強風化變質砂巖。

　　本軟件進行模型計算所采取地層參數如下表

 

　　4、盾構法施工隧道地面沉降原因的分析

　　(1)設計標準

　　根據《鐵路線路修理規則》(鐵運[2006]146號)，建議下穿廣深鐵路軌道、結構限值如下：1)軌面沉降值不得超過10mm;2)相鄰兩股鋼軌水平高差不得超過6mm;3)相鄰兩股鋼軌三角坑不得超過6mm;4)前后高低(縱向水平)6mm。5)廣深鐵路的結構沉降不大于20mm。超過上述限值時，需對軌道進行調整或采取限速處理。

　　(2)沉降的表現形式和機理

　　采用盾構法修建隧道，會引起地層移動而導致不同程度的地面沉降。地基條件和施工狀況不同，沉降的類型也有所不同，將沉降的原因、機理分類整理示于下表中。

 

　　5、 模型及計算條件

　　本計算分析采用Plaxis3D有限元程序進行分析，該程序是專門用于分析巖土工程變形和穩定性的大型有限元計算程序。為了減少模型邊界條件對計算結果的影響，計算模型考慮水平方向-50m≤X ≤50m，豎直方向0m≤Y≤50.0m，掘進方向0m≤Z≤15m。模型幾何參數均按照該節點處設計實際情況取值。地應力場模擬自重應力場，圍巖材料的破壞采用Plaxis中的莫爾庫侖破壞準則，盾構法隧道的襯砌采用殼單元進行模擬。計算模型如圖5.1-1。

 

　　Plaxis3D有限元軟件中對土方開挖的模擬以及隧道襯砌的支護是通過“殺死”或“激活”對應的土體以及襯砌單元實現的，即所謂“生死單元”。故通過設置合理的分析步驟和激活相應的單元可以對具體的施工工況進行仿真模擬分析。

　　本模擬過程主要分為如下幾個步驟:①隧道范圍內土體開挖;②架設管片;③下一環管片土體的開挖;④架設下環管片;⑤循環第一、二步驟.

　　6、數值模擬結果與分析

　　本計算分析中，最關心的問題為盾構施工對廣深鐵路軌道變形的影響。通過對具體施工工況的模擬，得到如下有限元計算結果，如圖5.1-2所示。

　　從圖5.1-2可知盾構施工引起的最大地面沉降為4.3mm，廣深鐵路軌道變形滿足《鐵路線路維修規則》中容許最大變形量10mm的要求。

　　7、結論

　　(1)由于隧道埋深較深，盾構通過前不須對廣深鐵路進行預加固處理，盾構通過時引起的沉降可以滿足鐵路保護的相關要求。

　　(2)由于盾構施工是一個應力釋放的過程，盾構施工造成周圍土體不同程度的擾動，引起地面沉降和地層位移，故地鐵區間隧道下穿廣深鐵路過程中提出以下技術措施：

　　①優化盾構施工參數，如土倉壓力、推進速度、總推力、出土量、刀盤轉速、注漿量和注漿壓力等。

　　②通過加氣保壓使土倉內壓力值保持恒定，減少波動以確保開挖面的穩定;根據施工經驗及現有地層特點嚴格控制出碴量，避免碴土的少出、多出;適當增加泡沫劑及水的用量，根據掘進情況及時調整加入量;盾構下穿時，嚴格控制掘進速度，避免出現速度的較大波動，快速完成管片拼裝，減少盾構停機的時間。

　　③盾構掘進過程進行嚴格的線形控制和姿態控制，姿態調整不宜過大、過頻，減少糾偏，特別是較大糾偏，姿態調整控制在±5mm范圍內，以避免對土體的超挖和擾動。

　　④結合具體的地質情況，采取合適的注漿壓力，確保同步注漿及二次注漿的質量和數量，及時填充管片與圍巖間隙，提高結構的抗滲性、改善結構受力情況，減小地層變形。

　　3) 信息化施工，加強監測，根據監測結果不斷修正盾構掘進參數，并根據監測結果對廣深鐵路進行跟蹤注漿處理措施。

　　4 )建立了專項安全施工方案、專項安全應急預案。

　　8、結語

　　盾構隧道施工，地表沉降是對地面建構筑物影響的最大因素之一，通過盾構施工引起地表沉降理論分析，找出影響沉降的關鍵點加以控制，使地表沉降控制在相關規定的標準中保證鐵路行車安全。

　　參考文獻

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　　[2]竺維彬，鞠世健 復合地層中的盾構施工技術 北京：科學出版社 2006

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