隧道施工引起地面沉降的原因及控制研究 陈喜初

隧道施工引起地面沉降的原因及控制研究陈喜初
摘要：隧道工程作为完善交通网络的重要环节，使人们的出行和商品运输更加
方便快捷。

在实际施工过程中，隧道经常发生地面沉降，对周围结构和地下设施
造成严重破坏。

虽然许多仪器可以测试隧道的沉降，许多文献也阐述了隧道的沉
降机理，但并没有考虑隧道的沉降会随时间而变化。

这就要求工作人员对隧道地
面进行实时检测和观测，分析隧道地面沉降是否均匀、动态。

只有这样，才能找
到有针对性的控制方法，保证隧道工程按时保质保量完成。

本文对隧道施工引起
地面沉降的原因及控制进行研究。

关键词：隧道施工；地面沉降；原因；控制措施
引言：隧道施工中容易引起地面沉降，因此有必要加强对地面沉降成因及控
制方法的研究。

本文首先探讨了隧道地面沉降的机理，分析了产生沉降的主要原因，并提出了相应的控制措施，以保证隧道施工的安全。

1 地铁隧道施工引起的地面沉降机理
目前隧道施工多采用盾构法。

在实际施工过程中，开挖面会释放应力和附加
应力，导致地面弹性变形等问题，即地面沉降。

当基坑周围的土体进入隧道引起
地面下沉时，通常会发生沉降。

支撑结构的空隙闭合导致地面下沉。

地面沉降是
由衬砌结构变形引起的。

隧道的整个表面都在下沉。

这些沉降问题可统称为开挖
沉降问题。

在实际应用中，盾构法主要包括开挖沉降、固结沉降和二次固结沉降，其中二次固结沉降是一个长期的控制过程，特别是在隧道运营过程中，需要考虑
沉降的动态变化。

盾构施工会引起隧道周围扰动或剪切力破坏，造成地层损失和
土体重新固结，这也是隧道沉降的根本原因。

2 导致隧道施工引发沉降的因素
首先，在隧道施工过程中，可能会出现软弱围岩、富水砂层等问题。

如不及
时处理，拱顶倒塌等问题将导致地面沉降。

通常,在软岩隧道Ⅴ、Ⅵ,如果不合理,
施工方法的应用支持,早期螺栓不能快速闭环,会产生的问题如叶轮,山体滑坡,屋顶
塌陷。

同时，在隧道开挖过程中，当富水砂层未提前加固时，也会引起沉降，沉
降的程度与含水量直接相关。

二是扰动土的固结。

如果开挖面渗水或衬砌漏水，地下水位会下降，导致土
体(地基)下降。

该问题主要是由于地基有效应力的增大而引起的固结沉降问题。

第三,地面损坏。

在盾构施工中，由于受到剪切力的影响，会产生地层损失，
引起固结沉降。

地层损失将导致开挖与土体完成之间的体积差。

导致地层损失的
主要因素如下：
①开挖土壤运动。

在盾构掘进过程中，当土体水分受到较小的水平支撑应力(小于原测力)时，土体会向盾构内侧移动，导致地层损失，地面下沉；在盾构过
程中，如果前土体的侧压力大于原侧力，土体就会向上、向前移动，也会造成土
层的流失，导致土体在前上方隆起。

②盾构后退。

在盾构施工过程中，盾构掘进常处于暂停状态。

此时如果盾构
千斤顶出现漏油和回缩现象，就会出现回缩问题，导致土层的塌陷和松动，造成
地面损失。

③土体进入到盾尾空隙。

在施工中，如果在盾构后的隧道外间隙注浆不及时，将会导致注浆压力不足或注浆量不足等问题。

此时，盾构周围的土体会打破原有
的三维平衡状态，土体会向盾构间隙移动，造成地层损失。

④推进方向改变。

在盾构施工过程中，会出现弯进、弯升等现象。

从理论上
讲，开挖面是圆形的，但实际上是椭圆形的，造成了地层的损失。

3 隧道施工引起的地面沉降控制方法
3.1 加强开挖面控制工作
如果有任何软弱围岩隧道开挖过程中的情况,需要保证稳定的镜头比较短,建设水平的控制爆破,迅速关闭,定时测量,尤其是Ⅴ,Ⅵ围岩,需要采用双面标题的方法,
施工方法,CRD施工方法、CD,加强循环录像的控制,严格控制每一个挖掘支持循环,
循环,避免因提高施工效率而挖挖。

在土压力平衡驱动的应用,有必要确保开挖面
塑性流动的状态,加强控制开挖面,采用输送机和调整复杂的设备改造、维持一定
压力的压舱物本土壤,以抵制开挖的土压力和水压力的。

遇水时，可采用螺旋输送
机和压载仓土止水，采用同步注浆系统和二次注浆操作进行控制。

这样既能保证
盾构开挖面稳定，又能避免地下水外流问题，从而达到控制地面沉降的目的。

在
应用土压力平衡驱动的过程中，球土需要保持良好的流态、适中的稠度、低摩擦
角和低渗透。

如果不能满足这些要求，可以在搅拌筒仓、螺旋输送机、开挖面中
加入外加剂，实现软塑化处理，提高挖掘设备的性能，保证流动性。

对于一些粘
土地面(渗透小，易流动，摩擦小)，可以用切割后的刀片或螺旋输送机搅拌，以
提高流动可塑性。

同时,针对砂土的可怜的止水的问题,如果开挖水压高,地面会发
生突水,需要注入一定量的添加剂改善止水,确保水压和开挖面土压力,并保持稳定
的表面。

在实际应用中，可将膨润土和泡沫注入输送口。

必要时可注入盾壳，填
补盾壳的缝隙，控制沉降。

3.2 控制注浆量
注浆加固可以有效地处理砂土和富水砂土的问题，从而填补土体的空隙，减
少沉降。

在隧道施工中，注浆防沉控制已成为应用最广泛的技术，如果不充浆，
沉降量将等于地面损失。

理论上注浆率（填充率）达到100%即可控制地面沉降，但由于实际影响因素较多，通常注浆率要高于100%，甚至达到了200%以上（效
果不够明显，因此不需要盲目注浆导致材料浪费）。

在淤泥类黏土注浆中，每立
方米采用2.3-2.7L浆液即可，浆液稠度控制在10左右；如果是粉质砂土层，每立
方米注入0.1L浆液即可；针对不同深埋地区浆液量需要所有增加。

浆液压入时间
需要和管片脱开同步进行，否则只能控制上部沉降，无法控制下部土层沉降问题。

在实际操作过程中，可以根据每环注浆量计算出手按次数；根据掘进速度计算出
手按间隔时间，这样即可保证掘进工作和注浆工作同时结束。

3.3 地层失水控制
由于地下水的流动会产生砂土的位移问题，导致砂土间隙和水位的减小，从
而增加了土体的内应力，出现固结和地表沉降问题。

由于砂土透气性强，仅靠土
仓和复杂的酸输送压缩不能起到良好的效果，这需要结合实际情况进行施工。

在
掘进过程中，应注意开挖面出水情况。

若道床土较薄，水量较大，则应关闭锚杆
输送门，并加入泡沫或膨润土外加剂，以补充空隙，提高土层水密性。

在注浆过
程中，应保证管段管壁有足够的注浆量，以加固周围土体，达到止水的目的，避
免管段后方渗漏。

通过地层富含地下水时,有必要让盾构机过得很快,和注入泥浆
的刀板和玻璃双灌浆管的后面,以阻止地下水,避免水量过多引起的沉降问题。

结束语
总之,在隧道施工中,为了保证隧道施工的质量,预防和控制地面沉降,本文探讨
了地面沉降的原因,并提出了挖掘目标水平控制,地层流体损失控制,注浆量的控制
方法,控制地面沉降,从几个方面提高隧道施工的总体质量。

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