地鐵盾構隧道施工地表沉降問題的分析

胡紫陽

摘要：隨著經濟社會的不斷進步，地鐵己經逐漸成為發(fā)達城市的重要交通要到，在一定程度上緩解了交通壓力。在地鐵建設中必須要加強對沉降的觀測，并加以控制、在為城市地鐵隧道進行盾構施工時，由于施工環(huán)境能很大程度上避免施工影響，因此要嚴格控制地表沉降，保證施工質量。

關鍵詞：地鐵盾構;隧道施工;地表沉降

1地鐵隧道盾構法施工原理

盾構法自法國工程師布魯諾爾Isis年發(fā)明以來，至今已有一百多年的歷史，其發(fā)展迅速，已廣泛應用于德國、美國、日本、法國和中國等。

地鐵隧道盾構法施工就是在盾構的掩護下連續(xù)安全地進行地層開挖與管片襯砌支護工作，其基本構造包括盾構殼體、刀盤、人閘系統(tǒng)、螺旋輸送機與保壓泵喳裝置、鉸接裝置、盾尾密封裝置、管片拼裝機和管片整圓器、刀盤驅動系統(tǒng)、盾構推進系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、泡沫發(fā)生系統(tǒng)、膨潤土設備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、sLS-T隧道導向系統(tǒng)、后配套設備等部分，其主要施工工序包括盾構的安設與拆卸、土體開挖與推進、襯砌拼裝與防水等部分。

盾構法施工時，首先根據(jù)地鐵規(guī)劃設計，在隧道某段的一端用明挖法建造基坑，然后再其內安裝盾構機，當盾構就位后，先向開挖面掘進相當于裝配式襯砌寬度的土體（一般為1.5m），安裝盾構反力架等設備，形成外部支撐，然后在盾殼的掩護下利用千斤頂將切口環(huán)向前項入土層進行地層開挖、裝配襯砌，隨后盾構靠頂在已拼裝好的襯砌環(huán)上的千斤頂向前的推力來克服盾構掘進中所遇到的地層阻力，保持盾構能均勻連續(xù)前進。

2地表沉降的產生原因

2.1地層損失引發(fā)地面沉降

地鐵隧道的施工中，盾構施工將對相應的土體產生擾動，從而引發(fā)一定范圍內土體成為松土而造成地層的損失，根據(jù)相應的理論分析和實際工程項目實例的總結，引起地層損失的因素包括開挖面的土體移動;盾構的后退;土體擠入了盾尾空隙;推移方向的改變;盾構正面障礙物，從而使地層在盾構通過后產生的空隙難以壓漿填充引發(fā)地層損失;盾殼在移動后對地層產生了摩擦和剪切;在土體壓力的作用下，地鐵隧道的襯砌產生了形變引發(fā)的地層損失;當隧道襯砌具有較大的沉降時也將引發(fā)地層損失。

2.2覆土厚度H和盾構外徑D的影響

盾構外徑越大，由盾構施工引起的單位長度的地層損失就越大，在相同地面沉降槽寬度下，最大地面沉降也隨著增大;而隧道覆土厚度越大，則最大地面沉降值就會越小，但地面沉降槽寬度會越大。最大地面沉降隨覆土厚度H與盾構外徑D的比值即H/D的增大而減小。

2.3地下水流失造成地面沉降

深埋隧道的施工中，地層損失所造成的地面沉降主要對建筑物的端承樁造成影響。而地下 水流失所造成的地下水位下 降則主要對建筑物的淺基礎以及長度較短的摩擦樁造成影響。尤其是樁基基礎以下間隙率較大的地層，例如中粗砂層，其所造成的沉降較大。在土壓平衡式盾構機器掘進過程中，普遍存在拱頂同步注漿不密實的狀況，從而導致了拱頂處沿著地鐵隧道方向水力連通。而當盾構機器長時間停比掘進作業(yè)時，地下水容易從盾構機的后方流向開挖面，從而引發(fā)了地下水流失。而當?shù)貙悠鸱^大，或是地層存在地質鉆孔、封孔的質量不良時容易與上部地層造成水力通道，貫通隔水層引發(fā)地下水水位下降，此外含水量較大的地層中，盾構機的停止掘進也將導致開挖面較大的水量流失。

3盾構隧道施工監(jiān)測內容

1）沉降監(jiān)測觀測點布設：對建（構）筑物進行沉降監(jiān)測，首先在施工場地影響范圍外，選取穩(wěn)定的沉降基準點，建立水準控制網及固定觀測路線，獲得準確可靠的監(jiān)測起算數(shù)據(jù)。①地表沉降監(jiān)測點：利用鉆孔機械在地面鉆孔至規(guī)定深度，并在孔中埋設預制鋼筋，通過填充細沙等材料進行夯實，設置好的監(jiān)測點位移動變形。②建筑物沉降監(jiān)測的標志應選用專業(yè)機械進行加工，立尺部位需有較明顯的突出點，也可加工成半球形以便立尺，最后涂刷防腐材料進行防腐處理。③地下管線監(jiān)測點布設：地下管線如設置有檢查井，則可直接把監(jiān)測點布設在井下管線上或管線承載體上;由于地質等其他外界條件的影響，沒有設置檢查井且無法開挖的管線，應在地表埋設問接的沉降觀測點。

2）隧道管片隆沉監(jiān)測：采用盾構法進行隧道施工時，盾構機影響范圍為始發(fā)端前及到達端后的30-40m內，按照每隔20m布設變形監(jiān)測的斷面;其他影響區(qū)域則是每隔50m設置。通過在每個監(jiān)測斷面布設管片隆起沉降監(jiān)測點，可獲得管片隆沉的數(shù)據(jù)。

3）裂縫監(jiān)測：建（構）筑物上出現(xiàn)裂縫是一種較常見的安全隱患，各種裂縫由于形成的原因不同，產生的危害也不一致。因此，為保證建（構）筑物施工期問及投入運營后的安全，應對裂縫的現(xiàn)狀及發(fā)展狀況進行實時監(jiān)測。

4）隧道管片水平收斂監(jiān)測：在盾構隧道施工監(jiān)測時，應每隔10m設置一個監(jiān)測斷面，對隧道管片的水平收斂情況進行監(jiān)測。一般情況下，每個斷面布置3個收斂觀測點，且在監(jiān)測主斷面處需增設2個。

4控制地表沉降的有效對策

（1）在地鐵隧道施工過程中，選取線路必須要考慮如果隧道發(fā)生了沉降，對隧道頂以及周圍的建筑會造成那種影響。運用盾構法施工，要充分考慮地面的建筑和軟弱的底層，能夠避開建筑群就避開，無法避開時要使建筑處于均勻的沉陷區(qū)內。如果隧道施工是雙線進行，在不同時段施工，此種情況要考慮到會發(fā)生二次沉降，設計時應當充分考慮到這一因素并且經過相關的測算，對地表變形的程度和危害性作出正確的預測，并對相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和記錄。

（2）在施工過程中減少對地層的影響

①在施工前要進行前期考察，重點是待施工區(qū)域的地質條件、地下 水的基本情況等，對可能出現(xiàn)的地表變形提前做出應對措施，制定詳盡的防水、防塌處理的方案。

②要保證施工的連續(xù)性和穩(wěn)定的施工速度。盾構在停比推進時，會受到土的壓力，自然地后退。這種后退要通過一些相應的措施來盡量減小，在施工時候要保證勻速，并且盡量不讓盾構停比推進，如果確實因為盾構的原因需要檢修，要做好防止后退的應對，正面和盾尾需要封閉嚴密，確保地表的沉降控制在最小范圍內。

③在盾構向前推進時候，要嚴格控制開挖面的出土量。根據(jù)經驗，一般采用擠壓式盾構，如果能夠將放土量控制在理論土方量的八成到九成之間，此時地表一般不會出現(xiàn)隆起。

④要控制盾構向前推進時的糾偏。需提前對施工作業(yè)面進行詳盡的測量，讓盾構保持在設計斷面上，盡可能地不會出現(xiàn)偏斜，這樣就避免了糾偏過程中產生的土層擾動。

⑤在施工中要根據(jù)實際情況來選擇選用何種正面支撐來或保證土體穩(wěn)定。如果用土壓平衡式盾構，不會改變地下水位，能夠盡可能地減少由地下水位變化引起的沉降。

（3）做好盾尾的建筑空隙的充填壓漿

①保證管片的施工質量，控制管片的強度、尺寸等，做好防水層，并且管片的拼裝必須嚴密，保證其防水性能。要及時注壓，縮短暴露時間，防止坍塌。

②需要從材料的性能上入手進行必要的改良，伴漿必須按照一定的比例配比，提高注漿材料的抗水性能。

③要保證壓注數(shù)量，控制注漿壓力。注漿材料要產生收縮，因此壓注量必須超過理論建筑空隙的體積，應超過100Ic左右，或在注漿材料中摻加膨脹劑。但是，過量的壓注會引起地表隆起及局部沿著地下水跑漿等現(xiàn)象，對管片受力狀態(tài)也有影響。由于盾構糾偏、局部超挖、地層存在孔隙等原因，往往使實際的建筑空隙很難正確估計。因此，還應以控制注漿壓力作為充填程度的標準。

5結語

綜上所述，隧道盾構法施工所引起的地表沉降的因素有很多。為了保證施工質量，施工單位應該多方面的了解施工情況，確定最佳的施工方案，加強對沉降因素的檢測，有效控制沉降現(xiàn)象，努力使施工的質量達到要求。

（作者單位：宏潤建設集團股份有限公司）