地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题研究

地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题研究
发布时间：2022-07-11T02:23:08.929Z 来源：《建筑实践》2022年第3月第5期作者：陈天平
[导读] 随着城市化进程的加快，我国地铁交通得到了一个较为迅速的发展，地铁交通的发展所带来的直观影响就是人陈天平
中电建南方建设投资有限公司，广东深圳，518000
摘要：随着城市化进程的加快，我国地铁交通得到了一个较为迅速的发展，地铁交通的发展所带来的直观影响就是人们出行效率的提高，当然，地铁工程规模也在逐步扩大化。

地铁一般修建在城市中心或者地下中心，修建地铁必然离不开隧道的开挖，隧道开挖对地层的影响比较大，常常伴随地表沉降问题，而盾构施工中的地面沉降问题更为严重，对地面建筑结构都造成了一定的损害，所以探讨地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题具有一定的现实意义。

基于此，本文将对地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题进行分析。

关键词：地铁隧道；盾构法；地面沉降
1 盾构法引起的地面沉降原理
1.1 隧道开挖破坏了地层稳定性
近几年，我国经济的质量和总量都保持快速增长，带动了城市化的快速发展，城市常住人口持续增多，最终导致交通拥挤问题日益加重。

地铁以其运行时间长、安全性高、速度快、运输量大等特点，成为缓解人口密度较高的城市地面交通压力的关键方法。

地铁隧道建设环境错综复杂，在应用盾构法期间易发生地面沉降问题，阻碍正常施工，甚至诱发安全事故。

在地铁隧道盾构施工中，我们要兼顾多个方面的影响因素，盾构施工包含了多个操作环节，在对地层进行开挖的过程中，受外部作用力的影响，隧道外层的物质会随着内部向心力涌入到隧道中，彼此相互挤压移动，对地层的稳定性影响较大。

隧道开挖后，地表土体结构会发生改变，特别是在使用盾构法施工中，预应力的把控是比较严格的，如果应力波动幅度过大，那么随着地层的移动和土体的缺失，地层就会呈现一个不稳定波动，出现较多的土体隆起。

土体被挤入盾尾的空隙中，隧道向外扩充，如果压降量没有达到预期的标准，就会使得压浆压力出现范围性波动，导致盾尾坑道土体失衡，尤其是在水体含量不稳的地层，更容易出现地面大幅度波动沉降问题。

1.2 土体稳定性降低
盾构施工中涉及的设备比较多，盾构设备的体积比较大，在运行的时候，会对地层产生强烈的振动幅度，使土体结构受到破坏，盾构施工所形成的隧道周围有一层空隙，空隙的存在使得水流流入到了隧道中，在盾构设备持续推进的过程中，大量的水流进入到其中，空气内部的水压力逐渐降低，内部压力的失衡导致地面沉降现象的出现。

盾构施工所产生的压力比较大，持续性的土体波动幅度较长，如果没有进行合理的处理，会对土体造成较大的破坏。

2 地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题
2.1 开挖面土体移动
在开挖面土体盾构掘进过程中造成的地表沉降，主要由土体水平支护应力小于重力或是盾构无法承受掌子面前方土体的侧向力而导致盾构前上方隆起而产生沉降。

2.2 盾构壳与周围土体之间的摩擦
由于部分地质具有粘结性，被千斤顶推动着的盾构壳在向前掘进时会产生两种方式的摩擦力。

第一种产生于盾构机与周围土体之间产生的前向摩擦力，会致使周围土体发生水平位移。

第二种产生于盾构机与前方的土体的压力，使前面土体运动方向向前或周围移动。

两种方式的综合影响，最直观的现象就是地表土体隆起。

与此同时，部分土体具有收缩性质，也会导致地面沉降。

2.3 盾构超挖
在施工期间，盾构超挖使得盾构壳周围产生空隙，而千斤顶自锁性能差导致盾构后退，空隙处土体移动而产生土压平衡失效，造成地层沉降。

2.4 土体挤入盾尾空隙
在含水量变动的地层中，土体挤入盾尾空隙的现象时常发生。

由于千斤顶在推动盾构向前的同时会在盾尾处产生的缝隙，而该缝隙一旦注浆不及时或参数不当，就会出现土体平稳性失常，从而引发地层损失。

3 地铁隧道盾构法施工中的地面沉降的控制措施
3.1 盾构通过时的沉降控制
盾构通过期间的沉降持续时间较短，极易在短时间内发生大范围的沉降。

对此，应改进盾构筒体的直径，尽可能保证盾构首尾直径具有一致性。

盾构施工期间协调好各项要素的关系，实现连续的盾构掘进，加强对盾构姿态的控制，避免不必要的纠偏行为。

3.2 盾构通过后的沉降控制
盾构通过后的控制为地面沉降控制全流程中的重点内容，原因在于此阶段的沉降几乎达到施工全程总沉降的40%~45%。

同步注浆是较为关键的控制方法，做好此方面的工作可减小盾尾空隙区域的地层变形现象，提高隧道的抗渗水平，管片衬砌可维持相对稳定的状态。

同步注浆应用效果与浆液性能具有密切的关联，以惰性浆液较为合适，其凝结时间相对较长，可享受到更加充足的同步注浆压力，在此条件下在极短时间内向后续的多环传压和补压，补强注浆效果显著，可以减少多环隧道土体所产生的时效沉降量。

根据同步注浆的施工需求，可按照粉煤灰∶膨润土∶消石灰∶砂∶水=300∶80∶80∶1100∶350（按重量计）的方式配制。

惰性浆液在实际应用中存在不足之处，稳定管片所需的时间相对较长，期间土层围岩等外部产生的作用力较为显著，易发生管片上浮、错台等质量问题。

惰性浆液在控制地层沉降方面具有较好的应用效果，对提高隧道施工质量其产生的作用甚微。

3.3 沉降观测点的布设
正常情况下，沉降观测点布置在岩隧道的中线地面上，地面布设点的距离控制在5m左右，每个检测断面上布置5个观测点。

现在隧道的中线上设置一个点，点与点之间的距离左右间隔为5m。

对于不同的地层布设点距有着一定的变化，在软土地层，要根据隧道的深埋度和周围地质条件做出合理的调控，对监测点和断面进行加密。

如果隧道上方路面为混凝土，在沉降的时候可以采用两种布设方式：一是混凝土路
面观测点布置，在路面中心处每隔20m布设一个观测段面，在路面表层上，从而更好的观测路面沉降量；二是路面下方土层布设观测点，这样可以防止路面硬化造成观测误差。

3.4 固结沉降的控制
以盾构通过后长期地面监测信息为立足点，采取合适的后期固结沉降控制措施。

管片上存在预留注浆孔，可以通过该处组织注浆作业，达到抑制沉降持续发展的效果。

从粉质黏土整个沉降周期的角度来看，后期沉降具有持续时间长且难以避免的特点，但仅占到总沉降量的5%左右。

3.5 沉降观测率
为了对地面沉降进行全面的把控，我们需要合理调控盾构过程中的观测频率，可以在盾构机头前10m位置处每天早晚各观测一次，根据数据变化调整观测次数，保证观测数据的准确性。

在观测范围内，要每周对观测点进行检查，保证观测点土层处于稳定状态，如果土层沉降或者隆起超过了规定的限差，需要进一步加大观测的范围和频率。

3.6 渣土改良
考虑到粉质黏土施工环境较为特殊，对其采取改良措施，减少泥饼的形成量。

土仓渣土应同时满足较高流塑性、较低透水性的要求，土仓内的土压应均匀分布至各处，维持均衡状态，使螺旋机可顺畅出土。

粉质黏土的改良选用优质泡沫材料，其与水的比例稳定在1%~3%区间内。

粉质黏土含量增加时，同步加大泡沫剂的用量，遇硬塑或可塑状地层施工条件时，需要向刀盘中心处单独注水。

4 结束语
城市轨道交通对缓解城市交通压力具有重要作用，其中地铁隧道为关键施工内容，受现场地质环境、周边建（构）筑物、施工作业方法等方面的影响，易发生地面沉降现象。

文章通过对地面沉降成因的分析，提出具体的处治措施，以提高地铁隧道盾构施工水平。

参考文献：
[1]邱家松.地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题分析[J].绿色环保建材,2020(07):128-129.DOI:10.16767/ki.10-1213/tu.2020.07.062.
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[3]贾文恺.地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题探析[J].工程技术研究,2017(09):67-68.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2017.09.034.。