地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对刘斌

地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对刘斌

刘斌

天津轨道交通运营集团有限公司天津市300010

摘要：地铁隧道盾构施工因为是地下工程，施工中易造成地层损失，造成地面沉降，通过分析盾构法隧道施工土体扰动机理，探讨控制地农沉降的有效措施，能够减少由于地铁施工而造成的安全事故，这对保障施工人员的生命安全和保证施工成本及进度具有非常重要的意义。

关键词：地铁盾构；地面沉降；原因

引言

在地铁工程中，盾构结构施工往往会引发地表沉降现象，针对地铁盾构施工地表沉降问题进行深入研究，制定安全防范措施，对应数量和规模不断呈现上升趋势的地铁工程来说无疑是十分重要的。

1、盾构法施工而导致地面沉降的机理

1.1盾构隧道地面沉降规律

地面沉降规律就是盾构掘进引起的区域性地面标高沉降规律。

盾体到达前地面变形主要因盾构推进压力波动引起，自开挖地面观测点到开挖面位于观测点正下方产生的隆起显性，开挖面土体原有土压力保持一定的平衡。

从盾构切口达到观测点到盾尾离开测点这一时间段出现地面沉降现象，是由于盾体向前掘进的过程中形成一个剪切滑动面，盾尾通过了测点之后产生地面沉降以及掘进过程中刀盘对土体的扰动，是因为盾体的外径比管片要大，从而造成土层应力释放，鼓终引起地面变形。

后期沉降其实可以说是盾尾脱除7d后出现的地面沉降现象，其农现了地层沉降的时间效应，盾构法施工中刀盘切口沉降及盾尾脱出后的沉降量较大，刀盘切口沉降变形控制要素是土仓上压力，要想控制脱出盾尾后沉降的现象，那么就要做好盾尾间隙及时同步注浆的工作。

1.2地面沉降的原因

盾构隧道施工产生地面沉降机理是开挖面应力释放等引起地层弹性变形，隧道施工引起地面沉降主要包括支护结构背后孔隙闭合引起地面沉降，开挖过程中，周围的土体受到干扰会向土仓内涌人，进而引起地面沉降现象。运用盾构法进行隧道施工时引起的地面沉降，可以说主要是由开挖沉降和固结沉降造成的，盾构施工时有时会导致地层损失的情况，从而让土体再固结，这是出现地面沉降情况的根本原因。

影响地层沉降大小的因素分为内、外因素，鼓接近隧道拱顶的土层特性是影响地面沉降槽宽度的主要因素。地面沉降会随着盾体切口外径的增大而增大，如果覆土厚度增大，地面沉降值会随之而减小。

需注意的是，诸如盾构施工中的纠偏、叩头等姿态调整也会引起多余的地层损失，刀盘切口外径与管片外径之间也存在一定的空隙，工程中普遍采用同步注浆法减小地层损失。所以，要想使盾尾后部隧道周边的土体能够保持平衡，务必要及时进行注浆。

2、地铁盾构施工中地面沉降控制措施

2.1优化盾构掘进施工参数

在地铁盾构区间施工过程中，为有效处理沉降问题，必须要对盾构掘进施工参数进行优化。结合整个地铁工程项目的实际情况出发，把握其土质特征、盾构覆土厚度等情况，明确地下含水情况，结合以往地铁盾构区间施工经验出发，对盾构操作工艺参数进行初步制定，这一方面所涉及到的参数包括土压推进速度、注浆及二次补注浆压力的次数和数量、加泥量等。在确定盾构操作工艺参数之后，发挥测绘人员的作用，于盾构沿线地层对永久性观点进行规范布设，以现代信息技术为支持进行监控，确保监控的全面化和实时化，以便更好的把握地面及各个地层在盾构掘进阶段的具体反映，并以此为依据来对盾构掘进技术工艺参数进行优化调整，从而为整个地铁盾构区间施工的顺利进行提供可靠支持，降低沉降的发生几率。

2.2保证注浆效果

为确保地铁盾构区间施工沉降获得一个良好的效果，在实际施工过程中，必须要控制好注浆数量，从理论上来说，空隙倍率需在1.5-1.8之间，必要情况下需要通过二次补注浆来达到良好的注浆效果。地铁盾构区间施工过程中，基于盾构常规段的实际情况出发，采取同步注浆的方式，加强注浆量控制，以确保满足地面沉降的整体要求。若实际施工过程中需要穿越建筑物、构筑物或者湖区等，则有必要采取双控措施，就是通过注浆压力控制和注浆量控制的协调配合，来提升浆液的整体饱满度，以便达到良好的注浆效果。盾尾施工过程中，需要加强同步注浆质量控制，确保其达到良好的密封状态，盾尾密封过程中需调整好油脂的实际用量，坚决不可出现漏水或者漏浆的情况。

应当注意的是，地铁盾构区间施工过程中，为达到沉降控制具体要求，需要在常规段施工过程中保持盾尾同步注浆，对于穿越建筑物、构筑物或者湖区的施工，需要对已完成结构外侧的二次补注浆进行加强补浆，并对地面后期沉降进行严格控制，从而达到良好的盾构区间施工沉降控制效果。二次补注浆量的控制要以注浆压力控制为重点，以确保控制的有效性。

2.3严格控制土仓压力

地铁盾构区间施工沉降的处理，需要对土仓压力进行严格控制。也就是说，在实际施工过程中必须要保证推进速度的合理化与稳定性，结合图纸条件出发，对盾构掘进施工进行严格控制，以确保施工质量可靠。对于砂卵石层来说，在盾构区间施工过程中要控制好掘进施工速度，这与掘进土压波动幅度大存在一定关系，在这一方面土压控制也存在一定难度。在盾构掘进市广播那个过程中，要掌握好推进的速度，确保螺旋输送机转速适宜，并在加泥和泡沫的过程中控制好加入量，通过各个方面的协调配合，来对土仓压力进行科学控制，确保其处于稳定范围之内。土仓压力的有效控制，需要对螺旋输送机出土量与掘进速度之间关系进行调整，这就必须要依据信息技术来准确检测洞内外各项数据信息，并基于此来对土样进行具体分析，对围岩变化进行科学判断，此种方式下可以对地层特性进行反演，便于对土仓中设定平衡土压力进行科学调整，为整个地铁盾构区间施工的规范进行提供支持。

2.4合理的管片拼装方式

管片拼装是地铁盾构区间施工沉降控制过程中必须要重视的一个环节，必须要结合施工需求对待拼装管片加以确定，在拼管片的同时需要将这一部位的千斤顶收起，待拼装完成后，需令千斤顶处于顶紧的状态，之后方可对下一管片进行拼装。应当注意的是，若盾构处于长时间停顿状态，盾构机自身重量和上部土体压力往往会对盾构机机头产生作用，导致其出现下沉或者后缩的情况，前方土压明显降低，地面沉降随之出现。针对此种情况，在地铁盾构区间施工沉降的处理过程中，要注意顶紧盾构自身千斤顶，于后部衬砌或另外加设千斤顶，对盾构下半部和后部衬砌管片进行有效支撑，这就能够对盾构机前方土压和上方土样进行有效平衡，有效防范沉降问题的出现。

2.5保证线性准确

曲线段推进盾构机时，盾构环环纠偏的情况下，必须要控制好每次纠偏量，并坚持勤纠。若存在曲线及坡度变化或者软硬均匀度不足的问题，极易导致盾构机掘进过程中出现偏差，这就需要对盾构机姿态进行科学控制，对蛇形进行规范纠偏修正，最大程度上避免地层损失导致地层变形问题的出现。这一环节必须要控制好管片拼装方向，为盾构正确掘进提供支持条件。

结语

总之，地铁施工是一项复杂的工程，与社会的稳定和提高人们的生活质量有密切的关系。随着城市的不断发展，地铁工程不断提上日程，盾构法在地铁施工中具有不可替代的位置。如何通过盾构法减少地面沉降问题，是地铁施工的重点，需要相关人员高度重视，合理开展盾构施工。

参考文献

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[2]荆涛.地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对[J].山东工业技术.2018（15）.

[3]刘克文.地铁盾构施工地表沉降及其控制措施[J].商品与质量.2016（10）.