对地铁盾构施工引起的地表沉降研究分析

对地铁盾构施工引起的地表沉降研究分析

王前前

中铁十局集团第一工程有限公司，山东济南， 250000

摘要：凭借着车速快、价格低等优势，近些年人们的首选出行交通工具已经从公交车变成了地铁。国内很多城市都在兴修地铁工程，为人们提供便利的出行条件和服务。当然与地表交通相比较，地铁工程有着很大的施工难度。施工中经常会使用盾构机。地铁盾构机作业经常引起地表沉降一类的情况。为了发挥地铁系统应有价值和作用，走可持续发展道路就需要明确地铁盾构机的负面影响，做好地表沉降原因分析，减少沉降带给地表建筑物的负面作用，确保地表、地下安全。本文将着重讨论地铁盾构机施工环节的地表沉降原因和问题控制办法，希望能够为相关人员提供经验和借鉴。

关键词：地铁盾构施工；地表沉降；施工技术

1.地铁盾构法施工概述

1.1盾构法工作原理

盾构机是地铁盾构法施工用到的主要设备，其中盾壳起支护作用，刀盘负责切削土体，千斤顶推动设备沿着隧道前进，将预制管片拼装在开挖面上作为衬砌，在此基础上进行地铁隧道施工。盾构机类型很多，目前土压平衡式盾构机在地铁隧道施工中应用最广。该设备将全断面切削刀盘安装在盾构最前端，被切削下来的土体进入到盾构机后部的密封舱中，从而平衡舱内压力和开挖面的水土压力，降低盾构推进过程中对地层的影响，对地表变形进行有效控制。螺旋运输机设置在盾构机密封舱的下部，在出土时能够连续将土渣排出。

1.2盾构法施工的基本条件

采用盾构法进行地铁隧道施工时，应具备以下条件：在线位上可以修建工作井，便于进料、出渣和设备进出；隧道埋深要足够，覆土深度应当在隧道直径的一倍以上；地质条件较为均质，单洞施工时间距不能太小，针对洞和洞、洞和建筑物之间的岩土加固厚度，水平方向不能小于1m，竖直方向不能小于1.5m。对于小规模地铁隧道工程，由于盾构法施工成本较高，因此不适合采用，盾构法适用于长度超过750m的地铁隧道工程。在地铁工程施工区域内，如果建筑物与地下管线分布密集，或者该区域对沉降要求较高，不适合采用明挖法进行施工；如果地铁隧道较差，并且地层中含有地下水，围岩稳定性不足时，不适合采用矿山法。对于上述地铁工程，采用盾构法施工较为合适。

2.地铁盾构施工形成沉降的原因

2.1形成土体扰动

地铁盾构机在前进到有地下水的区域时，地下水流原有结构会遭到破坏，地下水的水位因此下降，达不到原来的水平，而原来由其支撑的土体将会发生扰动，进而发生沉降，其不仅阻碍盾构机的前进，而且还可能导致安全事故。此外，盾构机在行驶时会不断接触土体，对土体造成较大压力，使土层松动，在盾构机通过后，土体将会发生沉降。盾构机的推力也是造成土体扰动的重要原因之一，如果盾构机的质量不好或驾驶员的技术不足，在行驶中盾构机的推力就会不断发生变化，导致其对土体的压力不均，土层会发生沉降或隆起，导致土体受到严重的破坏。此外，盾构机的盾尾间隙无法像其他结构一样支撑土层，在盾构机通过时，土层突然失去支持力，开始松动下陷，有的泥土卡在盾构机盾尾间隙，可能会影响盾构机的正常工作，进而影响地铁建设的进度。

2.2造成地层的移动

盾构机的设定土压值对于出土量有很大的影响，设定的内压值越小，地层受到的推力也越小，出土量很大，地层结构受到破坏，会造成地层的移动，致使地表发生沉降。而且由于地面表层存在混凝土路面、柏油路面等，与土体相比较为坚硬，不易变形，当土体受到扰动，发生松动或沉降时，土体和地面表层会出现一个很大的空隙，地层的结构因此改变，开始移动，导致靠近路面的地层结构缺少支撑力，容易发生沉降，不利于保障居民的出行安全。在地铁盾构机工作过程中，例如挤压、超挖、盾尾压浆等因素，都会对隧道附近的地层结构造成影响，导致地层移动，使土层变形，进而导致地层组织疏松，地层所受支撑力不足就会发生地表沉降。此外，由于盾构机自身结构的影响，会导致地层各结构受力不均匀，致使地层结构发生移动，在这样的情况下，地层各结构分布就会更加不均匀，导致地层进一步的损坏。

3.地表沉降控制办法

3.1合理选择盾构掘进模式

选择合理的盾构机掘进方式对减轻地层结构的移动和损失有重要作用，在施工前期，施工单位要结合施工现场的地形，并探测地层结构，根据地层的结构组成选择合适的盾构掘进方式，控制盾构机的掘进速度，减轻盾构机对土体和周围地层的扰动，避免地层损失，从而减少地表沉降，保护地面建筑物和居民的出行安全。盾构机常用的掘进模式有三种，开敞式、半开敞式（气压平衡式）和土压平衡式，不同掘进礃模式的特点不同，其适用的土质状况也有所区别，开敞式掘进模式适用于子面能够礃长期处于稳定状态的地层结构，因为子面比较稳定，所以其行驶的速度较快，半开礃敞式适用于子面的围岩比较稳定但是有地下水的区域，而土压平衡式常应用于上述礃两种模式不能应用的情况，如子面不稳定、土压大等，对于上述三种模式一定要明确其适用范围，结合施工实际，选择合适的掘进模式。

掘进过程中要合理控制刀盘的转速，减少刀盘转动对周围土体的扰动，切换刀盘转向时要等前一个方向的转速或电机电流归零后，再进行另一个方向转速的加载，尽量放慢加载过程，如果加载过程出现突然终止或不动的情况要立刻停止方向的切换，并采取解决方案。由于这个过程中技术难度较高，转速不好控制，施工单位要选择经验丰富的工人来操作，减少盾构机对地表沉降的影响，尽量消除人为因素造成的损失，保障工人的生命安全，加快地铁工程的建设速度。

3.2加强同步注浆和二次注浆

地表沉降主要因素直接来源于盾构刀盘开挖切屑下来的土方量与理论注浆量的矢量关系。同步注浆不爆满，在管片与土体之间存在间隙，土体因无支撑体系，随时间的推移地表将出现沉降。在掘进过程中保证同步注浆量饱满，在同步浆液初凝后及时进行二次补浆，保证土体支撑体系稳固，从而控制地表沉降。

3.3优化盾构的施工参数

盾构机的施工参数也是决定其在施工过程对地层损伤程度的重要因素，是以，要严格把控好盾构的施工掘进参数，要控制好地层稳定出土量及土仓压力的控制重要性尤为突出，如果出超挖（渣量过大土）土仓压力设置过低，会引起掌子面失稳，会引发地面沉降过大，严重会导致地表塌坑建筑物损坏。在施工前，要使用盾构机进行试掘进，根据公式和施工实际计算合理的参数，从而优化盾构的施工参数。如果参数准确合理，则其掘进过程中的土压力比较科学，不易引发安全事故，可以减少地表沉降，从而减少盾构施工过程中的人力物力损失。

3.4加强地表检测

盾构施工过程中，在隧道影响范围内有公路，管线，建筑物时，需加强地表检测频率，对检测出现累计超限，单次过大，或频率超限的及时进行洞内二次注浆并再加大注浆频率，随时监控地表情况，对出现双超限的需在洞内二次注浆的同时，进行地表注浆，严防沉降继续扩大。

结语综上所述，社会经济的发展带动了工程建设事业发展。为满足人们日常出行要求，减轻城市交通压力，地铁工程建设事业得到了迅速发展。近年来，地铁工程数量越来越多，规模越来越大。相较于其他工程，地铁建设施工难度更大，危险因素较多，因此需要格外注重施工技术的合理应用。如果地铁工程分布在交通繁忙、管线密集的区域，采用盾构法能够取得管良好的经济效益。

参考文献：

[1]李俊威.地铁盾构法施工中盾构机转接始发技术研讨[J].工程建设与设计,2018(15):208-209,212.

[2]刘长林.探究地铁盾构法施工新技术要点[J].太原城市职业技术学院学报,2016(01):159-160.