本文轉(zhuǎn)自：新民晚報

目前越來越多的城市開始修建地鐵，盾構(gòu)機是地鐵施工中最主要的施工設(shè)備。但是，盾構(gòu)施工會引起土體沉降，在穿越老舊居民樓、運營地鐵隧道、電力隧道等敏感建構(gòu)筑物時，會造成既有建構(gòu)筑物變形開裂。如何能提前感知并有效控制可能出現(xiàn)的沉降？同濟大學(xué)土木工程學(xué)院謝雄耀教授團隊成功研發(fā)了“深埋近距離地鐵隧道穿越敏感建構(gòu)筑物關(guān)鍵技術(shù)及裝備”，為解決這一難題提供了創(chuàng)新方案，就像是給盾構(gòu)機裝上了一雙“透視眼”。該成果亮相于本周開幕的中國國際工業(yè)博覽會后，一定會相當(dāng)“彈眼落睛”。

圖說：第二代產(chǎn)品在濟南地鐵中的應(yīng)用 采訪對象供圖（下同）

思路從地層損失率控制入手

盾構(gòu)，如同一只巨大的穿山甲，它在城市地下挖掘土方、運送渣土、整體推進并安裝管片，從而完成地鐵隧道的“毛坯房”建造。謝雄耀教授介紹，隨著我國城市規(guī)模不斷擴大，對互聯(lián)互通需求進一步增強，亟需建設(shè)大量的大體量通道工程，盾構(gòu)隧道迎來快速發(fā)展。城市核心區(qū)地下空間開發(fā)、密集建構(gòu)筑物、復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，使得盾構(gòu)在近距離穿越敏感建構(gòu)筑物時，易發(fā)生開挖面失穩(wěn)、鄰近建構(gòu)筑物沉降過大、開裂甚至垮塌的安全事故，因此，對隧道穿越所產(chǎn)生的沉降進行有效控制非常關(guān)鍵。

由于穿越市中心時引起的開裂糾紛成本非常高，通常希望沉降最小甚至沒有，那么如何實現(xiàn)這一點呢？研究團隊從地層損失率控制入手，在機理、技術(shù)、裝備、平臺四個方面實現(xiàn)了地層損失預(yù)測、微擾動施工控制、注漿實時感知、沉降協(xié)同管控的實質(zhì)性創(chuàng)新，提出了“在沉降發(fā)生前感知并控制”的理念，形成了盾構(gòu)施工的微沉降智能預(yù)警方法與技術(shù)，解決了盾構(gòu)隧道近距離安全高效穿越敏感建構(gòu)筑物的關(guān)鍵技術(shù)難題。

圖說：產(chǎn)品在超大直徑盾構(gòu)隧道——上海北橫通道的應(yīng)用

準(zhǔn)確判斷同步注漿情況

“盾構(gòu)隧道施工中，沉降發(fā)生的主要原因在于盾構(gòu)機開挖形成的直徑大于拼裝好的管片直徑，這個空隙是通過盾尾壁后注漿進行填充的。在施工中，我們只能控制注漿的壓力和注漿總量，至于漿液注入到管片背后發(fā)生了什么、如何分布，現(xiàn)有的手段是看不到的。如果注入的漿液不能充滿盾尾的空隙，會導(dǎo)致盾尾上方的土體發(fā)生沉降，傳遞到地表敏感建構(gòu)筑物，就會引起房屋變形開裂等?！敝x教授說，“我們團隊提出的方法，是通過雷達來解決這個問題，雷達天線發(fā)射的電磁波穿透過管片，經(jīng)漿液和土體反射回來，這兩者的反射信號存在明顯的差異，通過找出這種差異，就能分辨出管片與土體間漿液的分布情況。這就如同在盾構(gòu)機上安裝了一雙‘眼睛’，而且是能‘透視的眼睛’”。為了能夠更加快速準(zhǔn)確地判斷同步注漿的情況，他們團隊開發(fā)了一種車架隨行式壁后注漿檢測裝備，該裝備能夠在兩分鐘內(nèi)自動完成壁后注漿情況的檢測，如果發(fā)現(xiàn)注漿不飽滿，就可以在沉降發(fā)生前及時安排二次補注漿。

摸清地層沉降發(fā)展規(guī)律

這一技術(shù)的實現(xiàn)依賴于四個方面的創(chuàng)新。一是在沉降發(fā)生的機理方面開展了大量的模型試驗和數(shù)值仿真，摸清了盾構(gòu)穿越不同類型建構(gòu)筑物的地層損失情況和沉降發(fā)展規(guī)律。二是在沉降控制手段方面積累了豐富的工程經(jīng)驗，提出了新的注漿漿液配比。三是發(fā)明了車架隨行式盾構(gòu)壁后注漿雷達實時檢測裝備，“透過”管片“看到”實際的注漿情況，能夠在沉降發(fā)生前二次補漿。四是在盾構(gòu)施工信息聯(lián)動交流方面開發(fā)了一系列軟件平臺，打破了現(xiàn)有施工過程中地面和地下溝通不暢的壁壘，使得項目管理人員、工程師、業(yè)主等隨時隨地掌握盾構(gòu)施工情況。

目前，該成果已成功應(yīng)用于上海地鐵、南寧地鐵、濟南地鐵、上海長江隧道、北橫通道等國內(nèi)標(biāo)志性工程以及莫斯科地鐵三號線等國際工程中，實現(xiàn)了穿越老舊居民樓、鐵路股道、火車站站房、運營地鐵隧道、機場跑道、電力隧道及建筑物樁基等敏感建構(gòu)筑物，沉降均控制10毫米以內(nèi)，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益12.59億元。該成果申請專利40項，獲上海市優(yōu)秀發(fā)明金獎1項，總體達到國際先進水平，部分達到國際領(lǐng)先水平，顯著推動了城市盾構(gòu)隧道穿越建構(gòu)筑物的科技進步，為城市地下空間的建設(shè)保駕護航。

新民晚報首席記者 王蔚