1、地铁隧道盾构施工地表变形规律及控制技术应用分析摘要：盾构施工是地铁隧道施工中重要的组成部分，在盾构施工中引起地表变形是不可避免的现象，但是施工中可以通过一定的控制技术，减少施工过程中对地表的破坏。本文主要分析地铁隧道施工地表变形规律，介绍引起地表变形原因和地表变形的几个方面。然后针对地表变形规律提出一些有效的控制技术，希望能帮助相关工作人员提升施工技术水平，确保地铁隧道施工的安全性。 关键词：地铁隧道工程；盾构施工；地表变形规律；控制技术应用 中图分类号： U45 文献标识码： A 近年来，我国交通事业得到快速的发展，这主要是我国经济和科技的发展为交通行业的发展提供资金和技术上的支持，政府对交
2、通事业的发展扶持力度在不断增加。尤其是地铁隧道工程的修建，极大地改善了城市交通问题，但是由于地铁隧道施工工程十分复杂，施工难度大，在地下施工过程中难免会对地表造成一定的影响。施工过程中如果没有及时采取防护措施，对地表造成直接损坏，最终必然导致地铁隧道施工存在很多质量问题和危害。所以，施工工作人员一定要分析地铁隧道盾构施工地表变形规律，进而才能采取有效的、有针对性的防护措施，确保施工质量和施工安全。 一、地铁隧道盾构施工地表变形规律 地铁隧道盾构施工引起地表变形的原因有很多，如地层初始应力状态的改变、土体的固结沉降等，这些都是在盾构施工中最为常见的地表变形类型，而地表变形与盾构施工中很多因素有关
3、，这些因素会导致地表出现变形，其地表变形规律如下。盾构施工中引起地表变形量的大小主要与地铁隧道断面的大小有着直接的关联，同时还与盾构施工后开挖洞室的收验情况以及隧道埋深等因素有着重要的关联。下面将根据相关理论分析这种变化规律。一般地表变形有任意弧形隧道开挖地表变形以及单线圆形隧道开挖地表移动变形理论，本文主要分析单线圆形隧道开挖地表变形理论和规律。在地铁隧道施工中对于圆形弧形盾构施工来说，如果假设隧道中心线距与地表深度为 h，开挖初始半径为 r，隧道变形为均匀变形，断面收验量为 M。那么此时地表变形沉降量为： W（X）= 其中 a=h-r，b=h+r，c=d-，e=h-(r-M)，f=h(r-
4、M)，g=-，h=-。由计算公式可以发现以下地表变形规律：首先，相同两隧道轴线距离、相同的地层主要影响角、相同断面收验值时，其最大变形部位由隧道埋深的增加而减小，地表变形由“双峰”向“单峰”曲线转变， 由隧道轴线正上方向两隧道轴线距离中心出转移，但是地表变形影响范围随着隧道埋深的增加而逐渐增大。其次，在相同地层主要影响角、相同隧道埋深以及相同收验值的情况下，地表变形会随着两隧道轴线之间距离的增加而增大，此时由“单峰”曲线向“双峰”曲线变化，地表最大变形处由两隧道轴线距离的增加而地表变形也增大。并且地表最大变形处由两隧道轴线距离中心处向隧道轴线正上方转移，地表最大变形量也逐渐减小，地表变形影响范
5、围随着两隧道轴线距离的增加而变大。再者，在轴线距离相同、隧道埋深相同以及收验值相同的情况下，随着地层主要影响角正值的增大，变化曲线由“单峰”向“双峰”转变，地表变形最大处由隧道中心处向隧道轴线方向转移，并且随着角度的增加，地表变形就会越大，地表影响的范围就会越来越小。 二、地铁隧道盾构施工地表变形控制技术 （一）盾构拱桥施工技术控制 根据相关调查显示，在盾构施工中如果没有事先进行盾构护城河拱桥施工加固，就会造成拱桥中原有部分的变形，并且变形范围将超出实际控制范围，因此在盾构施工中一定要采取拱桥加固措施。拱桥加固主要是对原有拱桥进行加固，以表面在盾构施工中对原有拱桥造成极大地危害，而引起桥梁事故
6、。某地地铁项目工程中拱桥由为单跨拱形桥，并且拱圈由预制板混凝土砌块组成，施工前如果没有采取加固措施必然导致老桥瞬间坍塌。所以，施工人员要在拱桥部位设置临时脚手架，起到一种支护作用，脚手架的型号为 483.5mm，间距为 900mm900mm，为了确保脚手架的整体性，应该在脚手架上搭设弧形槽钢拱圈，弧形槽钢拱圈应该与拱圈紧密相连，在脚手架下部铺垫槽钢，将槽钢焊接在一起。这样才能最终确保脚手架和拱桥成为一个完整的结构，真正提升拱桥的抗震能力，盾构施工就不会对其造成严重的损害。 （二）合理设置土压力和开挖程度 土压力值的确定需要通过计算最终才能得出，这样才能确保在盾构推进过程中不会因为应力过大，而对
7、地表造成损害。在盾构施工中，工作人员一定要缓慢的推进，保持平稳推进，根据检测试图控制推进方向，避免出现误差，尽量减少偏差值，这样就能减少对地表土层的破坏。控制盾构推进速度和土压力的主要原因是由于盾构推进速度会对地面的隆、沉变形有明显的影响，速度与地表正面土层压力、千斤顶推力、土体性质等因素都有着绝对的关联。盾构施工中要按照一定的施工流程，首先在穿越过程中加强同步注浆，并且要控制注浆量，一般注浆量控制主要从这几个方面着手：第一，充填性能好，在注浆时不会出现满贯现象，导致浆液流窜到盾尾空隙以外的地方。第二，浆液的流动性能要好，离析少，避免影响混凝土施工效果；第三，浆液注入时应该不会受到地下水稀释的
8、影响，避免施工中由于混凝土被稀释而影响后期混凝土的压实性能；第四，在完成壁后注浆后，要确保强度均匀，数值与原状土的强度相当；第五，浆液硬化后的体积收缩和渗漏系数应该非常小，这样就不会出现注浆问题。同时在注浆完成后，工作人员要进行补浆工作，需要两次补浆过程，二次补浆一定要确保整个过程的连贯性吗，以确保混凝土施工质量，避免盾构施工过程中对地表造成损害。 （三）制定科学合理的盾构施工变形监测方案 在盾构施工完成后，工作人员还要加强对施工效果的监测工作，针对上述中提出的地表变形原因，对地表土层和土体变形进行实时监测。工作人员要及时分析和处理监测数据，掌握隧道周边地层的稳定性和变化规律，确认或者修改施工
9、参数，减少对盾构施工对土体变形的影响。数字资源为制定科学合理的盾构施工控制方案有着重要的作用，工作人员要利用这些数据，制定切实可行的监测方案，并且能根据检测方案及时调整施工方法。其次，要实现对地表变形规律的跟踪管理，借用现代化信息手段，为施工工作人员提供可靠的数字信息，确保施工的安全。 结束语 综上所述，地铁隧道盾构施工中由于主要是对地表岩层和部位进行改造，在施工过程中对地表地层和土体造成影响是必然的，并且这种地表变形还会形成一定的规律，工作人员研究和分析这种变化规律具有重要的作用和意义。只有掌握和了解地表变形规律，才能在危害发生前将其扼杀在摇篮中或尽量减少地表变形带来的危害。一般针对地表变形
10、规律，工作人员需要采取加固拱桥、盾构下穿护城河施工以及制定盾构变形监测方案，随时掌握地铁隧道地表变形情况，进而能及时应对突发情况，避免造成很大的危害。 参考文献： 1冯超.地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律研究D.西安科技大学：防灾减灾工程及防护工程 ,2010 2任建喜，王金华，张引合.黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究J.铁道工程学报,2011(11) 3程青云.砂性粉土地层内地铁区间隧道施工过程地层变形规律与稳定性研究D.浙江工业大学：桥梁与隧道工程 ,2012 4殷加顺.盾构施工注浆对地层变形影响的有限元模拟及试验研究D.天津大学：结构工程 ,2009 5向瑞德.地铁盾构施工对邻近建筑物的影响与控制技术J.北京工业大学：岩土工程 ,2008 6李俊猛.深圳地铁一号线盾构施工地表沉降规律研究D.山东科技大学：桥梁与隧道工程 ,2011
