地铁盾构施工地表沉降及其控制措施分析

地铁盾构施工地表沉降及其控制措施分析

摘要：地铁由于价格低廉、车速快，已成为我国居民出行的首选交通工具之一，我国城市为此建设了大量的地铁工程，与地表工程的建设相比，地铁工程的建设难度较高，其在建设过程中常常会用到盾构机，而通用的地铁盾构施工常会带来地表沉降等问题。因此，我国亟需改善地铁盾构施工带来的地表沉降问题，以此减少其对地表建筑物的影响，保障我国居民的生命安全。本研究主要分析了我国地铁盾枸施工引起地表沉降的几点原因及控制方法。

关键词：地铁盾构施工；地表沉降；控制措施

前言

在目前的地铁隧道施工工程中，应用比较广泛的施工方法就是利用盾构机进行盾构施工的方法，但是由于地铁通常建设于人口和建筑物较为密集的城市地区，地下还有较为复杂的管线及可能存在的不良地质，所以如果在地铁盾构施工过程中施工不当就会引发地表出现较大沉降问题，从而对地上建筑物和地下管线造成破坏，因此需要从盾构施工的原理进行分析，研究盾构施工对地表沉降的影响，并采取相应的控制措施，确保地铁隧道盾构施工中周边环境的安全。

1不同施工阶段地表沉降特点

在地铁隧道盾构施工中，在不同的地层中进行盾构掘进施工引起的地表沉降表现出不同的特征，但是总结不同地表沉降的过程，可以分为以下五个阶段：一是先期沉降阶段。此阶段主要发生在地下水位较低的地层中，随着在盾构施工中地层中的孔隙水压力的逐渐

减小，在围岩的应力作用下而导致地层不断下降，从而引发先期沉降问题；二是盾构掘进前方地层的沉降与隆起。此阶段主要发生在对施工操作面的不断施压过程中，随着压力的不断增大，地层会出现隆起现象，而如果此时压力逐渐减小则会出现地表沉降问题；三是盾构通过过程中的地表下沉阶段。此阶段主要发生在盾构施工过程中，主要是由于盾构机的掘进和围岩土体之间剪切的错动而引起的地表沉降；四是盾构空隙的沉降阶段。由于盾构机在设计时在滚刀与壳体之间留有空隙，在盾构机掘进过程中围岩土体会失去支撑力，而此空隙中还没有注入填充浆液时会导致围岩在自重作用下进入空隙而引发地表沉降；五是后期沉降阶段。此阶段的地表沉降主要是由于结构变形、空隙水位下降以及地层扰动等多种因素引起的。

2 地铁盾构施工出现地表沉降的原因

2.1地层损失引发地面沉降

施工人员在利用盾构法进行施工时，会对周围土体造成扰动，在这种情况下一定范围内的土体便会成为松土，对地层造成严重影响。相关案例分析，地层损失的发生因素主要因以下几方面造成，包括：盾构超挖、开挖面土体移动、推移方向发生变化等等。

2.2地下水流失造成地面沉降

除此以外地下水的流失也会带来地表沉降问题，这是由于地下水位的下降会影响到建筑物的浅基础，同时作用于摩擦桩。在掘进过程中，同步注浆不密实状况始终存在，当掘进作业停止，地下水便会迅速下降，最终导致地表沉降的发生。

2.3 盾构设备引起的沉降

盾构设备施工过程中，隧道衬砌从盾尾脱出，由于受到周围土壤的压力，变成了一种紧实的结构，进而对管片环产生作用力，使管片环变形，造成地表的沉降。利用盾构法进行施工时，如果地表的土层具有一定的不稳定性，那么盾尾处的工程就需要使用注浆进行严密的填充，如果填充物与设计要求不符，就会引起地表的沉降。特别是在轨道弯曲的部位使用盾构法会产生大面积的超挖，导致盾尾处空隙多、空间大，填充过程中可能会产生不完全填充现场而引起地表的沉降。

3 控制地铁盾构施工过程中地表沉降的有效对策

3.1 合理进行隧道设计

隧道设计选线时，要充分考虑地表沉降可能对临近建筑物的影响，考虑到某些地层条件受扰动后，对地面建筑的影响较大，选线时，尽量避开密集建筑群，并使隧道线路处于地表均匀沉降区内；设计选线时，对线路沿线的地质构造要十分清楚，有条件的情况下尽量避开上软下硬地层、岩溶区、孤石区等不良地质。

3.2 严格控制注浆作业质量

重点对浆液配比、注浆速度以及注浆时间进行严格控制和准确把握，同步注浆、二次注浆必须到位。 对于同步注浆浆液填充速度来说，要尽可能地将其与盾构机的掘进速度保持一致，及时填充盾尾空隙，根据施工实际情况来进行注浆速度的确定。 而对于注浆时间来说，应该在管片脱开盾尾的时间进行注浆，避免由于注浆不及时而导致沉降问题的发生。

3.3 选择合适的地表沉降控制技术

（1）掘进控制技术

掘进过程中土体的稳定是影响掘进质量的重要因素。在隧道埋深较浅和围岩基础失稳的情况下，施工人员应对地质情况有充分的了解并根据实际情况制定施工方案，利用朗金理论对被动土压力与主动土压力进行相应的计算。施工过程中土体出现变形不可避免，对部分精度要求较高的隧道进行施工时，必须保证主动土压力始终比盾构推进力小，使土体不断朝开挖方向滑移，尽量防止地表出现沉降。

（2）管片拼接技术

管片拼接质量对整个掘进质量有决定性作用。管片通常在盾壳内部完成拼接过程。目前使用的盾构机管片有钢管片、钢筋混凝土管片、球墨铸铁管片以及复合管片等，并且隧道的每环均由大量的零碎管片共同构成。根据实际工程情况，拼装方式的选择会有所不同。

（3）管片衬砌壁后灌浆技术

管片衬砌背后灌浆技术直接影响这盾构施工质量。当施工所处地层具有较好的自稳能力时，需采取同步注浆的方式。要保证壁后注浆具有足够的防水性与密实性，并在同步注浆基础上根据实际情况进行二次注浆，以确保注浆质量与安全，防止隧道出现漏水问题，保证建筑间隙得到良好的填充，避免地层出现移动。

3.4 全面监测地基形变

为了使地基形变的问题得到缓解，在盾构推进前可采用有限单元法进行作业，对基准数值有效明确。在推行过程中应对监测点合理设定，如若沉降量过大应立即停止盾构，适当增加注浆力度。在这种情况下施工人员还应将水准测量有效落实，根据监测结果来进行施工，对施工参数合理调整，确保地铁隧道施工的有效实施。

3.5 设置沉降预警值

盾构法隧道的地面沉降控制，要综合考虑地表建 ( 构 ) 筑物、地下管线及地层和结构稳定等因素，分别确定其允许的地表沉降值，并取最小值作为控制基准值。具体施工过程中，可设置预警值、报警值和极限值来进行分级控制。预警值一般为极限值的 60%，当地表沉降达到该值时，应采取必要的控制措施并密切监控沉降的进一步发展；报警值一般为极限值的 80%，达到该值时，要立即采取有效措施和手段对地表沉降进行控制；极限值则是地表沉降允许的最大值，超过该值将导致结构破坏等严重工程事故，这在工程中是绝对不允许的。

3.6 盾构在曲线上推进及盾构纠偏

盾构在曲线上推进时，土体对盾构和隧道的约束力差，盾构轴线较难控制，因此推进速度要放缓，纠偏幅度不要过大，加大注浆量，加强纠偏量测等工作，以减少地层损失。

（1）在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快。

（2）根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。达到警戒值时就应该实行纠偏程序。

（3）蛇行修正及纠偏时应缓慢进行。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。

4 结语

在地铁盾构施工中，盾构法占据着重要地位。导致盾构施工中地表沉降产生的因素较多，不仅受围岩扰动影响，还受盾尾空隙下沉影响，据此施工人员在地铁施工中应根据地质条件选择合理优化的掘进参数，及时有效的做好隧道注浆，严格准确的进行地表监测，确保地表沉降得到有效控制，为地铁隧道施工的开展奠定重要的基础。

参考文献：

[1]苏国琳.地铁盾构的施工控制关键要素探究[J].智能城市,2019,5(05)

[2]李治宇.地铁盾构施工中的区间钢套筒接收技术[J].工程建设与设计,2019(07).

[3]郭亚鹏,王宁.地铁盾构工法施工技术应用与探析[J].甘肃科技纵横,2019,48(03)