盾构法隧道施工引起的地面沉降机理与控制
盾构法施工地面沉降机理、预测与防治
失；盾尾后面的建筑间隙未能及时有效地进行充填，从而使周围土体挤
入建筑间隙，引起地层损失（在含水的不稳定地层中，这往往是引起地
层损失的主要因素）；盾构在曲线推进和修正蛇行时的超挖和扰动所引
起的地层损失；在土压力作用下，隧道变形或沉降也会引起地层损失；
施工中操作失误而引起开挖面坍塌，或前方地质情况骤变，而使开挖面
盾构法施工地面沉降机理、预测与防治
国内外实践表明，盾构法施工多少都会扰动地层而引起地表沉降，
即使采用目前先进的盾构技术，要完全消除地面沉降也是不太可能的。
地面沉降量达到某种程度就会危及周围的地下管线和建筑物。因此，必
须研究盾构施工时引起的地层扰动，造成地面沉降的机理，要清楚地掌
握沿线的地下管线和建筑物的构造、型式等，对地面沉降量和影响范围
（1） 保持开挖面的稳定性。开挖面的稳定性可以用稳定系数N 来定量描述，N值定义为：
N= n
式（12）
式中 H----地面至开挖面中心的距离（m）;
γ----地层重度（kg/m3）;
P----开挖面支护压力（kg/m2）;
Cu ----地层的不排水抗剪强度( kg/m2);
n=0.7～0.8。
当N＝1～2时，地层损失率可控制在1%以下；
S (max )＝V(s)/ i≈V(s)/2.5 i
式（4）
Cording 和 Hansmire（1970）对紧密砂层做的统计分析，可以
满意地认为横向沉降槽体积等于地层损失，即V (s) ＝VL＝VlV。
横向沉降槽宽度系数i取决于接近地表的地层的强度．隧道埋深 和隧道半径。根据在均匀介质中的试验，可以从几何关系中近似地得 出：
粘性土： i=0.43Z＋1.1
式（6）
浅析盾构隧道施工引起的地面沉降机理与控制措施
降这一 问 题给 出 一个定量的解释 ； 最后简单介绍盾构隧道沉降控制措施和控制原则， 为盾构隧道施工提供有益的参考。
关键词 ： 盾构隧道； 沉降机理； 沉降控制
隧道 工程建设伴 随着地下 空间的开发 和利用 而出现， 并 且得 到 大量 的兴建【 ｌ 】 。隧道建设工法众多 ， 盾构法具有 自动化程度高 、 对围 岩扰动小 、 掘进速度快等许多优点 ， 在隧道建设得到 了广泛 的应用 。 如今 隧道建设逐 渐密集 ， 近接施 工逐渐增多 ， 为 了防止对近接建 筑 物 和构 筑物造成 损坏 ，对盾 构隧隧道 的沉 降控制提 出 了更高 的要 求 。盾构隧道施工过程 中难 以避 免破坏围岩的初始应力状态 ， 对 围 岩造 成扰动 ， 并且施 工过程 中的许 多因素都会加 剧扰动 ， 从而引起 地表沉 降而造成地表建筑物 的损坏 ， 所 以地表沉降控制是盾构 隧道 施工 的重要控制 因素删 。这就必须在盾 构施 工前 ， 对盾构施工 可能 引起 的沉降具有 足够的定性 和定 量认识 ， 合理 的预估 沉降 ， 控制沉 降。 １ 盾构 隧道 引起 地面 沉降的机理分析 随着时 间的发展 ，盾构法 隧道施工技术得 到了极 大的进步 ， 沉
隆 向
ห้องสมุดไป่ตู้
袁
沉 降
图 １盾构施工过程 引起的地层变形
降控制逐步改善 ， 但仍是不可避免的对土体造成扰动。为了有效控
制沉降 ， 需要对 盾构施工对 土体 的扰动机理具有足够 的认识。 １ ． １ 盾 构施 工的原理 作为隧道暗挖施法工 中的一种 ， 盾构 目前主要采用土压平衡盾 构或者泥水平衡盾构等 ， 它通过盾构前方刀盘上的刀具切削搅拌土 体， 以土仓渣 土或者泥水仓 浆液作为稳定 开挖面介质 ， 通过盾 构外 图 ２ 隧道上 部沉槽形状 壳 挡土 ， 依靠千斤 顶 向前顶进 ， 通 过螺旋输送机 、 排泥管输送 渣土 ， ． 第 四阶段为盾 尾空 隙沉降 。由于盾尾建 自动拼装 管片 ， 并 在盾尾注 浆填充建筑 间隙 ， 一般 要在拼装 完成 的 间隙移动引起地表沉降 。ｄ 管 片上二次补桨 ， 最终形成 隧道 。盾构施工 的三个关键方 面如下 ： 筑空隙的存在 ， 管 片脱离盾尾是会造成地表产生较大 的下沉 。另外 １ ． １ ． １ 开 挖 面 的 稳 定 管片的变形也会引起土体的位移 。ｅ ． 第五 阶段为指固结 和次 固结蠕 开挖 面稳定 在盾构施 工中是至关重要的 。在泥水盾构 中， 形成 变残余变形引起的沉降， 主要是指孑 Ｌ 隙水压力逐步重新达到长期的 弱透水 的泥膜 、 控制泥水压力是两 大关键 问题 ； 在土压平衡盾构 中， 平衡状态 ， 由此而引起的有效应力的变化。 １ ． ３地面沉 降的影响 因素 使 切削下 的土体具有塑流 性并在土仓 内充 满 。用螺 旋输送机来 排 土， 通过控制千斤顶 的推力和螺旋输送 机的排土量来稳定开挖面 。 盾构施工过程造成地 面沉 降的影响 因素 可归 纳为 ：隧道埋深 ； １ ． １ ． ２ 盾 构推进与衬砌 拼装 开挖断面形状和尺寸、 土层条件、 地表下富含的地下水 、 开挖面土体
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对1. 引言1.1 引言地铁盾构施工是一种常见的地下工程施工方式，通过盾构机在地下开挖隧道，是城市地铁建设的重要工艺之一。
在地铁盾构施工过程中，地面沉降是一个不可避免的问题，会给周围环境和建筑物带来一定的影响。
对地面沉降原因进行分析并有效应对是非常重要的。
在本文中，我们将针对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行深入探讨，并介绍地下水位变化、地下土层变动、盾构施工技术以及沉降监测与控制这几个方面的内容。
通过深入分析这些因素，可以帮助我们更好地理解地铁盾构施工中地面沉降的机理，从而采取有效措施来减少地面沉降对周围环境和建筑物的影响，保障施工过程的安全和顺利进行。
部分是整篇文章的开端，只有充分了解地铁盾构施工中地面沉降的原因，才能更好地理解后续部分的内容。
接下来我们将对地面沉降的原因进行详细分析。
2. 正文2.1 地面沉降原因分析地面沉降在地铁盾构施工过程中是一个常见的问题，主要原因可以归纳为地下水位变化、地下土层变动和盾构施工技术等因素。
地下水位变化是导致地面沉降的重要原因之一。
在盾构施工过程中，地下水位的变化会影响周围土层的稳定性，导致土层松动和沉降。
特别是在地下水位波动较大的地区，地面沉降问题更为突出。
地下土层变动也会引起地面沉降。
盾构施工过程中，土层受到挖掘和开挖等操作的影响，可能会导致土层紧密度的改变，进而引起地面沉降。
地下土层的物理性质和结构也会对地面沉降产生影响。
盾构施工技术的不当使用也可能导致地面沉降。
如果施工工艺不合理或操作不当，可能会对周围土层造成不可逆的破坏，进而引发地面沉降问题。
地面沉降是一个综合性问题，需要综合考虑地下水位变化、地下土层变动和盾构施工技术等多个因素。
只有对这些因素进行全面分析和有效控制，才能有效应对地面沉降问题。
在下文中，我们将进一步讨论如何有效监测和控制地面沉降。
2.2 地下水位变化地下水位变化是导致地铁盾构施工中地面沉降的重要原因之一。
盾构法施工引起地面沉降原因分析及防治措施
盾构法施工引起地面沉降原因分析及控制方法进入21世纪，世界经济的迅猛发展使城市化建设得到了大幅度的提速。
目前，人口不断地向城市聚集，使城市人口和建筑的密集度快速上升，造成能被利用的地面空间越来越少，因此，当今城市现代化建设的重要课题之一便是开发地下空间，为人类创造价值。
但各种用途的管线被布置在地下，这便产生了在地下工程施工背景下的一种最佳方法——盾构法。
盾构法施工虽然优点颇多，但是也存在诸多问题。
本文就盾构法施工过程中引起的地面沉降问题展开讨论，分析产生的原因及寻找控制方法。
一，地面沉降产生原因1、地层隆沉的发展过程盾构推进引起的地面沉降包括五个阶段：最初的沉降、开挖面前方的沉降、盾构机经过时沉降、盾尾空隙的沉降以及最终固结沉降，如图l所示。
第一阶段：最初的沉降。
该压缩、固结沉降是因为地基有效上覆土层厚度增加而产生的沉降，也是盾构机向前掘进时因为地下水水位降低造成的。
指从盾构开挖面距地面沉降观测点还有一定距离(约3～12m)的时候开始，直至开挖面到达观测点这段时间内所产生的沉降。
第二阶段：开挖面前方的沉降(或隆起)。
这种地基塑性变形是由土体应力释放、开挖面的反向土压力、或机身周围的摩擦力等作用而产生的。
它是从开挖面距观测点约几米时开始至观测点处于开挖面正上方这段时间所产生的沉降(或隆起)。
第三阶段：盾构机经过时沉降。
该沉降是在土体的扰动下，从盾构机的开挖面到达测点的正下方开始到盾构机尾部通过沉降观测点该段时期产生的沉降(或隆起)。
第四阶段：盾尾空隙沉降。
该沉降产生于盾尾经过沉降观测点正下方之后。
土的密实度下降，应力释放是其土力学上的表现。
第五阶段：固结沉降，它是一种由地基扰动所产生的残余变形沉降。
经前人研究发现，第一阶段沉降占总沉降的0～4．5％，第二阶段沉降占总沉降的0～44％，第三阶段沉降占总沉降的15～20％，第四阶段沉降占总沉降的20～30％，第5阶段沉降占总沉降的5～30％。
2、地表沉降的因素影响分析该因素影响分析的平台是当前使用较为广泛的大型三维有限元分析软件ANSYS，盾构开挖面掘进引起的地表沉降的客观因素包括盾构直径、土体刚度、隧道埋深、施工状况等设计条件；而其主观因素包含施工管理、盾构机的选用形式、盾尾注浆、辅助施工方法等。
盾构法隧道施工引起的地面沉降机理与控制
内部 进 行 的 ， 无论 其 埋深 大 小 ， 挖 施 工都 开
不 可 避 免 地 会 对 周 围 土 层 产 生 扰 动 ， 而 从
引起 地 面 沉 降 （ 或隆 起 ） 危机 邻 近 建筑 物 或 ，
地 下 管 道 等 设 施 的安 全 …。 因此 ， 工 能 产 响 范 围约 在 后 尾通 过 测 点 后 ０～２ ｒ范 围 。 性 地 层影 响 范 围要 小 ， 为 Ｄ／ 施 Ｏ ｅ 约 ４＋Ｈｃ ６ 。 ｔ０。 ｇ
生 多 大 的 沉 降 或 隆 起 ， 不会 影 响 相 邻 建 会
由于 盾 构 外 径 大 于 管 片 外 径 ， 片 外 壁 与 管
筑 物 的 安 全 ， 地 铁 隧 道 盾 构 施 工 中最 关 周 围 土 体 间 存 在 空 隙 ， 往 因注 浆 不 及 时 ３ 盾构 隧道的地面沉降机理 是 往 键的 问题 ［。 在地 铁 工 程施 工 前 对 工程 可 和 注 浆 量 不足 ， 片 周 围 土 体 向空 隙 涌入 ， ２要 １ 管 盾构 隧 道 施 工 产 生 地 面 沉 降 的 机 理 主 能 引 起 的 地 面 沉 降 问 题 有 所 估 计 ， 首 先 造 成 土 层 应 力 释 放 而 引 起 地 表 变 形 ， 一 要 源 干 开 挖 面 的 应 力 释放 、 加 应 力 等 引 就 这 附
ｍａ ｎ ｆ ｃ ｏ ｓ ｆ ａ ｄ ｓ ｂ ｉ ｅ ｃ ｏ ｔ ｅ ｈ ｅ ｄ ｕ ｎ ｌ ｓ ｅ ｉ ｉ ｄ ｌ ｎ ｓ ｓ ｄ ｎｃ ｉ ｍａ ｎ ｙ ｕ ｔ ｔ ｅ ｘ ａ ｔ ｏ ｓ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｓ ｅ ｅ ｓ ｉ ａ ｔ ｒ ｏ ｌ ｎ ｕ ｓ ｄ ｎ ｅ ｆ ｈ ｓ ｉ ｌ ｔ ｎ ｅ ； ｐ ｃ ｆｅ ａ ｄ ｕｂ ｉ ｅ ｅ ｓ ｉ ｌ ｄ ｅ ｏ ｈ ｅ ｃ ｖａ ｉ ｎ ｕ ｆ ｃ ｓ ｒ ｓ ｒ ｌ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｔｏ ａ ｓｒ ｓ ｃ ｕ ｅ ｓ ｒ ｔ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｌ ｎ ｓ ｂ ｉ ｅ ｃ ａ ｓ ｗ ａ ｃ ｎｓ ｒ ｃ ｉ ｎ ａ ｅ ｙ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｎ ｉ ｌ ｓ ｒ ｎ ｈ ａ ｄｉｉ ｎ ｌ ｔ ｅ ｓ ａ ｓ ｄ ｔ ａ ａ ｅ ｏ ｍａ ｉ ｎ， ａ ｄ ｕ ｓｄ ｎ ｅ ｎｄ ｕｂ ｙ ｏ ｔ ｕ ｔ ｏ ｓ ｆ ｔ ｃ ｉｅ ｉ ａ ｄ ｏ ｔ ｏ ｐ ｉ ｃ ｐ ｅ ａ ｅ
盾构法施工地面沉降原因分析及控制方法
盾构 法施工地面沉 降原 因分析及控制方法
摘要 ： 文章主要结合城市轨道交通隧道盾构施工实践， 主要针对盾构法施工地面沉降原因进行 了分析 ， 并提出了有效的控制方法。
关键词： 隧道 ； 盾构 法施 工 ； 地 面沉 降 ； 原因； 控 制方 法
近年来， 我 国大型城市都开始兴建地下铁路系统。同时涌现出大量相关 物及地下管线情况，对上一阶段试设定的３ 组参数作慎密调整 以取得最佳参 数。 第３ 区段为４ ０ ｍ， 在路面或建筑群下。 这是正式掘进的准备阶段 ， 通过本区 可能危及周边建筑物和地下管线等的安全 ，造成严重的经济损失和社会影 段 的掘 进 ， 对 地 面沉 降 、 隧道轴 线 控制 、 衬砌 安 装质 量 等 基本 有 了各 项 控 制措 响。 因此 ， 如何控制好隧道施工 中地表沉降问题 ， 保护好城市建筑和周边环境 施 ， 施工参数也基本掌握 ， 能利用信 息反馈指导施工。
２ ． ２纠 偏 与 衬 砌 接 缝 防 水
量、 沉降范围、 沉降曲线最大坡度及最小曲率半径和对附近建筑设施的影响 ， 并分析影响沉降的各种因素 ， 以求施工中减少地层移动。 经分析研究认 为， 引
起地面沉降的基本原因是盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动。
１ ． １ 地 层 损 失
（ ２ ） 前舱压力设定。 应随隧道上复土厚度的变化而变化 ， 但如单凭理论土 压来设定前舱压力显然是不合适的。另外 ， 盾构机 内部的土压传感器和 自动 模式控制器存在系统误差 ， 所以在掘进中有必要将土 压力设定值进行调整 。 根据实际施工经验 ， 盾构机切 口前方 １ ． ５ Ｄ 十Ｈ（ Ｄ为盾构机外径 ， Ｈ为盾构 中 心 至地 面高度 ） 范 围 内地 面 的沉 降 情 况 与 土压 力 设 定值 密 切 相关 ， 所 以盾 构 前方地面沉降监测结果可直接反映土压力设定值与 自然土压力 的吻合程度 。 在实际的施工中， 可控制盾构机前的地面沉降量在负沉 陷０ ～ ２ ｍ ｍ， 如负沉降 过大则应适当调低压力设定值 ，如发生正沉降则应适当调高土压力设定值 。 合理设定土压力控制值 的同时应限制掘进速度 ， 如掘进速度过快 ， 螺旋输送 机转速相应值达到极限， 密封舱内土体来不及排出 ， 会造成土压力设定失控。 所以应根据螺旋输送机转速控制最高掘进速度 ， 一般控制在５ ｅ ｒ ｒ ｄ ｍ ｉ ｎ 以内。 （ ３ ） 同步 注浆 。 １ ） 合理配 比的浆料。 目前广州地铁土压力平衡式盾构采用的是隋性浆液 ， 由黄砂、 粉煤灰、 膨润土加水经合理配比、 充分搅拌而成 。 常规下浆液性质可用 稠度值控制， 取值范围为２ ０ ． ５ ～ １ １ ． ０ ， 每次拌浆必做测试， 不达标准不准下料 。 ２ ） 注 浆压 力 。 同步 注浆 压力 ， 从理 论上 只 需 使浆 液 压人 口的 压力 大 于该 处水 土压 力 之和 ， 即能 使建 筑 空 隙得 到足 够充 盈 。 压浆 压力 不 能太 大 ， 否 则会 对 周 围土 层造 成 劈裂 ， 管片 外 的土 层将 会被 浆 液 扰动 而 造成 较 大 的后 期 沉 降 及隧道本身的沉降。初始掘进阶段 ， 曾按１ ． ２ ｒ ０ ｈ （ ｒ ０ 为土密度 ， ｈ 为隧道上复土 厚度 ） 设定注浆压力 ， 以此摸索最佳参量 ， 实践表明该压力根本无法确保浆液 全 部 压入 ， 合 适 的 注浆 压力 应 视隧 道 的不 同埋 深 ， 以５ ～ ６×１ ０ ５ Ｐ ａ 为佳 ， 可 见实 践 与 理论 计算 有 较大 差距 。 究 其原 因 ， 一 是 浆液 管道 造 成压 力损 失 ， 二是 实 际 注 浆量 大 于理 论 注浆 量 。 ３ ） 压 浆位 置 。注 浆压 力一 般 取５ ～ ６×１ ０ ５ Ｐ ａ ， 其 对 管 片产 生 的 推力 可 达 到 ５ ０ ～ ６ ０ ｔ ／ ｍ ２ ， 选择好 分布于盾尾外壳６ 根浆管的压浆位置， 足以使 “ 飘 浮” 于浆 液的隧道尾端产生位移， 这样， 一可改善隧道轴线原有的偏差 ， 二可改善因管 片与盾尾卡壳 ， 不能 自若纠偏的状况（ 以不影响地层变化为前提 ） 。 ４ ） 跟踪注浆 。从广州地铁盾构施工的地面沉降观测资料可知 ， 盾构施工 后期沉降（ 盾尾后３ Ｄ 十Ｈ ＝ １ ９ ． ０ ２ ｍ范围外 ） 沉降发展速度虽然较慢 ， 但其 累计 值还是相当可观的， 占到总沉降量的５ ０ ％左右。后期沉降主要是土体的固结 沉降造成。对于地面有较重要 的建筑物来说 ， 利用跟踪压注固结浆液的方法 来控制后期沉降 ， 是一种效果良好且必须的手段。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对地铁盾构施工中地面沉降是一个常见的问题，它主要是由于盾构施工过程中的土体位移和压实引起的。
下面，将对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行分析，并提出相应的应对措施。
1. 地下水位变化：地下水位的变化是导致地面沉降的主要原因之一。
盾构施工过程中，隧道中的地下水会因为施工活动而发生变化，导致地下土体的水分含量发生变化，进而引起地面沉降。
在施工前进行地下水位监测，控制好盾构施工中的水文条件，可以有效减少地面沉降。
2. 土体位移：盾构施工中，隧道推进时会对周围土体施加巨大的水平压力，使得土体发生位移。
当土体的承载力不足以承受盾构的压力时，会发生沉降。
需要对地下土体的力学性质进行详细研究，选择合适的施工参数和技术方案，以避免土体发生过大的位移。
3. 土体压实：盾构施工过程中，施工机械会对土体进行挖掘和回填，这会对土体进行压实。
土体压实过程中，土壤颗粒间的间隙会发生变小，导致初始地面沉降。
在施工过程中需要控制好土体的压实过程，避免过度压实，以减少地面沉降。
针对以上的原因，可以采取一些应对措施，以减少地铁盾构施工中的地面沉降。
1. 合理控制地下水位：在施工前进行地下水位监测，并根据监测结果进行合理的调整，保持地下水位的稳定。
如果发现地下水位异常变化，及时采取补救措施，如进行加固和排水。
2. 采用适当的土体加固措施：根据土体力学性质的研究结果，选用合适的土体加固措施。
可以采用加固桩、土钉墙等方式对土体进行加固，增加土体的承载能力，减少地面沉降。
3. 控制土体压实过程中的施工参数：在施工过程中，合理选择施工参数，避免过度压实土体。
加强施工过程的监测和控制，及时调整施工参数，确保土体得到适度的压实，减少初始地面沉降。
4. 引入新技术和新材料：随着科技的进步，可以采用一些新技术和新材料来减少地面沉降。
采用可控压实技术对土体进行处理，可以减小土体的初始沉降；引入高效盾构机械和地铁车站的整体下沉技术等，也可以减少地面沉降的影响。
盾构法隧道施工引起的地面沉降机理与控制研究
盾构法隧道施工引起的地面沉降机理与控制研究【摘要】近年来，我国交通工程建设随着社会经济的发展而日益增多，城市地铁建设工程数量也在不断增加。
城市地铁挖掘施工方法一般采用盾构法来进行，盾构法对隧道进行施工时，在施工推进过程中通常会引起地面沉降现象，本文主要分析盾构法隧道施工引起地面沉降的原因以及相应的控制方法。
【关键词】盾构法；机理；原因；控制中图分类号：u455 文献标识码： a 文章编号：1.前言随着我国社会经济的发展以及人口数量的增多，地面高速公路、铁路等交通已经不能满足了人们更快、更安全、更环保的需求，于是人们开始把目光投向更为绿色环保的轨道交通---轻轨，目前已有多个城市建设了城市地铁，形成了网络。
地铁、隧道的建设多采用盾构法来进行施工建设，其施工时具有对周围建筑物、地面交通影响小、适应地下复杂多变环境等优势，但盾构法隧道施工无论施工地点距离地面深度多深、范围多广，都会不可避免的对周围的土层产生影响，从而引起地面不同程度的沉降。
2.盾构法隧道施工概念盾构法施工是使用盾构掘进机来对地下进行开挖，利用护盾的保护，以钢筋混凝土管片作为衬砌支护，在机内进行安全地衬砌和开挖作业，从而形成隧道的施工方法[1]。
盾构隧道施工方法主要是由三个部分组成，这三个部分包括稳定地面开挖面、盾构机掘进以及衬砌。
3.盾构法隧道施工原理研究盾构法隧道施工的工作原理是，护盾沿着隧洞轴线边对土壤进行推进挖掘。
护盾具有施工保护作用，它可临时支撑起挖掘出尚未衬砌的隧洞，对周围土层以及地下水的压力起到承受的作用，它可对地下挖掘、衬砌、排土等作业的施工进行掩护[2]。
盾构法隧道施工主要是由稳定开挖面、挖掘和排、及衬砌三大部分而构成，其中稳定开挖面是盾构法隧道施工最重要的工作原理以及施工工艺。
土压平衡方法是泥土加压式盾构面以及削土密闭式盾构的统称，其前端有一个面切削刀盘，密闭舱在削刀盘后面，削刀盘具有贮留土体的作用，施工时，泥土可通过密闭舱中心线下部装设的长筒螺旋输送机来排出，密闭舱输送机一头设有出口。
盾构隧道施工引起的地表沉降及控制措施探析
现代物业Modern Property Management– 203 –随着建筑行业的发展，工程建设难度不断提高，隧道工程施工要依靠各类先进技术。
就盾构施工方法来看，它作为隧道施工中的常用方法，如果操作不当，很可能因为降水的影响、地层原始应力状态的变化、盾构挤压扰动的影响、盾尾空隙充填不足等而导致地表沉降现象，如何对其进行有效处理，值得思考。
1 地面沉降的规律和特征借助盾构施工方法完成软土层地带的作业任务时，其在隧道结构内横向产生的地表变形程度直接与隧道埋深、该地带土层性质息息相关，而其在纵向上对应产生的变形则往往被归结为五个层次。
其一，指初始沉降。
它指的是以开挖面和地面观测点(通常为大于2.5D，D为隧道直径）之间的距离为对象，观察在该范围内出现的变形情况。
其二，开挖面前的变形。
联系实际看，自开挖面起，离其约几米(0～2.5D)时，直至开挖面到达观测点所在位置，这个过程这也会出现一定的地面沉降问题，从而给基地稳定性造成影响。
其三，盾尾沉降是在上述开挖面前变形基础上，进一步经过挖掘到达盾尾直至接触该观测点，这一阶段内所形成的沉降现象。
其四，盾尾空隙沉降指的是盾构机的尾部在离开观测点位置之后所发生的一系列变形问题。
其五，后续固结沉降则是由于施工过程中对周围土体的扰动，土中孔隙水压力上升，当孔隙压力消失以后，整个地层可能呈现固结沉降现象。
2 导致地表沉降的原因2.1降水的影响在盾构施工的过程中，地表沉降是直接受工程周边地理环境影响的，其具体诱因多种多样。
首先，从降水方面看，盾构隧道施工环节离不开降水处理，在一般的掘进阶段，要做好日常的堵水、排水工作。
这是由于受当地气候影响，降水导致地表内部静水位出现变化，可能变成漏斗状曲面水位，这就使得含水地层中土的应力上升，最终出现固结沉降。
2.2 地层原始应力状态的变化在相对稳定的地层中进行隧道挖掘，必然会对周边土体形成扰动。
在盾构掘进期间，土体因施工引起的不正常松动、挤压和坍塌现象，会直接带来地层原始应力的变化。
盾构隧道施工引起的地表沉降及控制举措
对此危害做出正确的评估。
（2）在施工期间，施工人员需要保证施工表面开挖面的稳定，土压力本身是一个会变动的动态平衡。
容易受到设备推进以及相关施工法的影响。
由于此次隧道施工采用的盾构法，盾构法在对土体进行操作时需要通过设备对土体进行相关的压力推进，同时需要利用盾构设备对前方的土体进行一个相对平衡的施工操作，保证施36|CHINA HOUSING FACILITIES372018.06|中，首先宝能够根据现场的实际情况确定或是预测处精确的土压力，通过螺旋输送机旋转的速度调节土体的压力值趋近稳定。
盾构机在对隧道进行施工时尾部会产生一定的运转。
在利用盾构机尾需要严格控制注浆的压力，时刻关注注浆量。
由于在现场中注浆量会实际操作中需要的注浆量通常都会比预测的注浆量多。
如果隧道现场么注浆量就需要再次进行一个对于增加量的计算。
所以预测的理论注好的预测效果，施工人员还是需要在实际的注浆操作中通过实际的操观察注浆压力值判断注浆量是否达到现场实际需要的标准，倘若注浆时候的注浆已经达到了实际的需求标准，施工人员可以停止注浆。
否有高层建筑。
而实际隧道工程地面是否存在高层建筑对于施工是存存在，那么施工人员就可以通过采用土压平衡方式进行掘进，只要能间严格监测好地表沉降的数值，保证地表一直处在合理的范围内，该沉降控制网，监测好每一段隧道的沉降量，并对周边的环境、土层、构监测点都需要进行数据分析，将地面变形控制在地表的-30以及地求，施工人员要及时对隧道现场进行调整，找出原因，并做好应对措施。
数进行优化，保证开挖面的稳定，以及周边环境的稳定。
在挖掘中倘可以是泡沫、聚合物等膨润土对该层进行改良、填充。
在施工过程中，洞口不会由于盾构机的来回进出出现洞口坍塌等情况，在盾构机工作，保证用低速转动进行挖掘，避免对隧道造成过大的伤害。
本身对盾构机并不会产约束力，这个时候施工人员很难控制好盾构的轨迹的现象。
这个时候操作人员要能够控制好盾构机的挖掘速度，将急。
盾构施工中的地面沉降机理分析
盾构施工中的地面沉降机理分析在软土地层中开挖隧道，不论采用何种施工方案都将引起地层运动，产生地面沉降。
一、地层隆沉的原因地面沉降，是指由于盾构法施工而引起隧道周围地层的松动和沉陷。
它直观表现为地表沉降。
受其影响隧道附近地区的基础构筑物将产生变形、沉降或变位，以至使构筑物机能遭受破损或破坏。
由盾构法施工而引起的地层损失和经扰动后的土颗粒再固结是形成地面沉降的二个主要因素。
1、土体损失隧道的挖掘土量常常由于超挖或盾构与衬砌间的间隙等问题而比以隧道断面积计算出的量大得多。
这样，使盾构隧道与衬砌之间产生空隙。
在软粘土中空隙会被周围土壤及时填满，引起地层运动，产生施工沉降(也称瞬时沉降)。
土的应力因此而发生变化，随之而形成：应变—变形—位移—地面沉降。
所谓地层损失是指盾构施工中实际挖除的土壤体积与理论计算的排土体积之差。
地层损失率以地层损失盾构理论排土体积的百分比Vs(％)来表示。
圆形盾构理论排土体积Vo为：Vo ＝π•ro2•L (式1)式中 ro——盾构外径L ——推进长度单位长度地层损失量的计算公式为：Vs = Vs(%)•π• ro2 (式2)地层损失一般可分为三类：第一类正常地层损失。
这里排除了各种主观因素的影响。
认为人们的操作过程是认真、仔细的，完全合乎预定的操作规程，没有任何失误。
地层损失的原因全部归结于施工现场的客观条件，如施工地区的地质条件或盾构施工工艺的选择等。
这是因为在实际施工中无论选用何种类型的盾构都不可避免的产生地面沉降。
一般的说这种沉降可以控制到一定限度。
由此而引起的地面沉降槽体积与地层损失量是相等的。
在均质的地层中正常地层损失引起的地面沉降也比较均匀。
第二类非正常地层损失。
这是指由于盾构施工过程中操作失误而引起的地层损失。
如盾构驾驶过程中各类参数设置错误、超挖、压浆不及时等。
非正常地层损失引起的地面沉降有局部变化的特征，然而，一般还可以认为是正常的。
第三类灾害性地层损失。
盾构开挖面有突发性急剧流动，甚至形成暴发性的崩塌，引起灾害性的地面沉降。
地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题及处治措施
地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题及处治措施摘要：现如今，地铁已经成为了人们出行的重要交通工具，人们也越来越关注地铁的安全问题。
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。
文章以地铁隧道工程实例为背景，首先探讨盾构法施工阶段发生地面沉降的主要成因，提出相适应的处治措施。
关键词：地铁隧道；盾构法；施工；地面沉降；问题引言地铁以其受地面交通影响小、运行速度快、占用地上空间少等优点，成为理想的交通方式。
地铁选址一般都选择在一个城市的繁华地段或者人口密集的居民区，地铁建设常用的施工手段是盾构机开挖隧道，盾构机在穿越周围建筑物时必然会导致邻近土体变形，变形传递到地基，影响建筑物地基的稳定性，很容易造成建筑的开裂、倾斜、倒塌。
因此为了保护建筑物，需要研究隧道开挖对邻近建筑物的影响。
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，对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]。
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。
盾构法施工地面沉降机理、预测与防治
盾构法施工地面沉降机理、预测与防治国内外实践表明，盾构法施工多少都会扰动地层而引起地表沉降，即使采用目前先进的盾构技术，要完全消除地面沉降也是不太可能的。
地面沉降量达到某种程度就会危及周围的地下管线和建筑物。
因此，必须研究盾构施工时引起的地层扰动，造成地面沉降的机理，要清楚地掌握沿线的地下管线和建筑物的构造、型式等，对地面沉降量和影响范围进行预测，预测图如下图所示，在设计和施工过程中通过现场反馈资料，采取相应的防治对策和措施。
1、地面沉降原因和预测地面沉降的基本原因是盾构掘进时所引起的地层损失和隧道周围地层受到扰动或剪切破坏的再固结。
地层损失引起的地面沉降，大都在施工期间呈现出来。
而再固结引起的地面沉降，在砂性土中呈现较快，但在粘性土中则要延续较长时间。
地层损失是指盾构施工中实际开挖的土体体积与竣工隧道体积之差。
竣工隧道体积包括衬砌外围包裹的注入浆体体积。
地层损失率以占理论排土体积的百分比表示，即V l（％）＝V L/V×100 式（1）式中V L----盾构隧道单位长度的地层损失量（m3/m），取决于地层条件、隧道埋深、施工技术水平、盾构类型等诸多因素，目前尚难给出确定的解析式，根据统计，在适当技术和良好操作的正常施工条件下，V L ＝（-1.1%～11.0%）V，对于粘性土尚可根据其稳定系数N进行估算：u----粘土的泊松比；周围土体为弥补地层损失，就要向隧道移动，因而引起地面沉降。
引起地层损失的施工及其它因素是：开挖面土体移动，当盾构掘进时，若开挖面受到的支护力小于地层的原始应力，则开挖面土体向盾构内移动，引起地层损失和地面沉降。
反之，当支护力大于原始应力时，则开挖面土体向上向前移动，引起负地层损失和地面隆起；盾构在暂停推进时，千斤顶可能漏油回缩引起盾构后退，而使开挖面坍塌，引起地层损失；盾尾后面的建筑间隙未能及时有效地进行充填，从而使周围土体挤入建筑间隙，引起地层损失（在含水的不稳定地层中，这往往是引起地层损失的主要因素）；盾构在曲线推进和修正蛇行时的超挖和扰动所引起的地层损失；在土压力作用下，隧道变形或沉降也会引起地层损失；施工中操作失误而引起开挖面坍塌，或前方地质情况骤变，而使开挖面土体急剧流动或崩塌而造成不正常的地层损失等等。
盾构施工引起地表沉降的原因分析及处理措施
Construction & Decoration190 建筑与装饰2023年5月上 盾构施工引起地表沉降的原因分析及处理措施邵明玉 上海建工四建集团有限公司 上海 200000摘 要 通过工程实际经验及国内外学者分析可知，盾构推进过程中不可避免地引起地表沉降，但在透水性较大的软土地层中推进时，若不采取相应的技术措施易导致日沉降量超出警戒值，对地下管线及建筑物造成较大影响。
本文以上海地铁某盾构区间项目为依托，对地表日沉降量超出警戒值的原因进行分析，并介绍为减小沉降量采取的应对措施，对后续在软土地层的盾构施工具有一定的指导意义。
关键词 盾构施工；地表沉降；沉降量；处理措施Cause Analysis and Treatment Measures of Surface Settlement Caused by Shield ConstructionShao Ming-yuShanghai Construction No.4 (Group) Co., Ltd., Shanghai 200000, ChinaAbstract Through the practical engineering experience and the analysis of scholars at home and abroad, it can be known that the surface settlement is inevitable in the process of shield tunneling. However, if the shield tunneling is advanced in the soft soil layer with large permeability, the daily settlement will exceed the warning value if the corresponding technical measures are not taken, which will have a great impact on underground pipelines and buildings. Based on a shield section project of Shanghai Metro, this paper analyzes the reasons why the daily surface settlement exceeds the warning value, and introduces the countermeasures to reduce the settlement. It has certain guiding significance for the subsequent shield construction in the soft soil layer.Key words shield construction; surface settlement; settlement amount; treatment measures引言盾构施工具有速度快、经济合理、安全、利于环境保护等优点，从软质黏土到硬岩都可应用。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对地铁盾构施工是现代都市化进程中不可缺少的公共交通建设，它的优点在于不占用地面空间，且运力大、速度快。
然而，施工过程中的地面沉降问题也备受关注。
有时，地铁盾构施工会导致地面沉降问题，这会给周边环境和居住的居民带来一定的影响。
因此，科学合理地分析地面沉降的原因并采取有效的应对策略是至关重要的。
首先，分析地面沉降原因：1.施工机械振动造成地质体变形：施工过程中，盾构机会振动并前进，而这种振动会使周围的土体遭受变形，导致地质体松散或者土层剪切变形。
2.地下水涌入引起土壤流变：在盾构施工过程中，地下水会通过地质隧道顶板的缝隙、岩石裂缝和土层孔隙进入隧道内部，导致隧道外侧土层流失，进而降低地面承载力。
3.永久变形引起地面沉降：盾构施工后，地下车站、设备区等路面上铺设了大面积的混凝土结构，这些结构与自然地基相互作用造成了土体永久变形，在均布载荷的作用下，控制不住会引起地面沉降。
针对上述原因，提出应对策略：1.压缩施工阶段进行振动控制：施工机械振动是造成地面沉降的主要原因之一。
因此，施工前需要设计合理的振动控制方案，结合盾构机的性能选择合理施工参数，控制机器进度，避免过大的振动能量。
2.设置水位监测点，保证施工过程中水文动态监测数据：在盾构施工过程中，需要通过测量确定地下水变化情况，面对地下水涌入引起土壤流变等情况，应设置水位监测点，及时采取措施，以保证施工顺利进行。
3.进行土体加固：针对隧道周围土体松散或土层剪切变形现象，可以采用土体加固方法来加强土壤固结度，避免地面沉降问题。
4.优化车站设计：为了避免永久变形引起地面沉降，可以通过优化车站设计和结构材料选择等措施，减少地面沉降问题的发生。
综上所述，对于地铁盾构施工工程中地面沉降问题，在施工前应经过充分的沟通和论证，制定合理的施工方案，并针对不同的地面沉降原因采取适当的防范措施。
这样可以减少地面沉降造成的影响，确保地铁盾构施工工程的安全和有效进行。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对地铁盾构施工中地面沉降是指地铁盾构施工过程中, 地面表层发生下沉的现象。
地面沉降是盾构法施工中常见的地质灾害之一, 可能会给周围建筑、地下管线等带来不良影响。
下面对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行分析，并提出相应的应对措施。
一、原因分析：1. 地质条件不良：地铁盾构施工区域的地质条件可能存在坚硬的岩石层、淤泥等地质问题，导致施工过程中土层变形和下沉。
2. 盾构机施工不当：盾构机施工过程中如果操作不当、施工质量控制不严格，容易引起地面沉降。
3. 周边建筑密集：盾构施工周围有大量建筑物，由于施工振动和沉降，容易对周围建筑造成影响。
4. 施工区域地下管线较多：地下管线在盾构施工过程中容易因为挤压和移位而导致地面沉降。
5. 施工区域地下水位高：地下水位高会增加地面沉降的风险, 地下水的泥化和渗透性等因素会导致地面下沉。
二、应对措施：1. 选择合适的盾构机：根据施工区域的地质条件选择合适的盾构机，确保其具备应对地质条件不良的能力。
2. 施工前进行勘察：在施工前进行充分的地质勘察和地下管线勘察，了解地质、地下管线等情况，制定相应的施工方案。
3. 施工过程中加强监测：通过监测地面沉降、地下水位等参数的变化，及时发现问题，调整施工方案，减小地面沉降的影响。
4. 施工中控制振动和沉降：采取合理的施工技术和措施，如减小盾构机的振动力，控制压力和速度等，减少地面沉降的程度。
5. 施工中加强安全监管：严格按照相关工程质量标准和施工规范进行施工，确保施工质量，避免施工不当导致的地面沉降问题。
地铁盾构施工中地面沉降是一个复杂的问题，需要综合考虑地质条件、施工工艺等多个因素。
只有通过合理的地质勘察、选择合适的盾构机、加强施工过程监测和控制等多种措施，才能有效地减小地面沉降带来的不良影响。
浅析盾构隧道施工引起的地面沉降机理与控制措施
浅析盾构隧道施工引起的地面沉降机理与控制措施发表时间：2018-01-24T13:54:11.230Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第25期作者：徐萌[导读] 通过沉降数据的统计和分析，结合盾构各阶段施工参数控制，分析得出盾构法隧道地表沉降控制要点。
中铁十六局集团地铁工程有限公司北京 100124摘要：近年来，随着我国交通事业的而不断发展，对于道路建设施工的奇偶数也是逐渐的完善。
国内各大中型城市地铁施工规模日趋增大，由于地铁盾构施工绝大数是在城市繁华地段进行掘进，地铁盾构法施工势必会对周边建（构）筑物产生沉降影响。
因此，对于盾构法施工对周边建（构）筑物沉降的影响分析至关重要。
本文针对盾构区间施工对地表沉降影响进行监测分析，应用隧道沉降量测控制网进行观测，采集盾构法施工隧道的地表沉降数据。
通过沉降数据的统计和分析，结合盾构各阶段施工参数控制，分析得出盾构法隧道地表沉降控制要点。
关键词：盾构隧道施工；地面沉降机理；控制措施引言目前，在交通工程领域，人们开始把眼光指向地下，因此，道路地下工程的研究问题成为工程师关注的焦点。
为解决城市交通问题，地铁因其运量大、效率高，在人们的日常生活中起着不可替代的作用，特别是在一些人口密集的城市，地铁等地下交通通道可以很好的解决城市交通拥堵问题。
在城市地铁建设中，目前城市地下交通区间暗挖险道修建的主要施工方法为盾构工法。
但是，因为施工位置在岩石土体内部，所以，在开挖过程中难免会破坏原有的平衡状态，导致地表变形和沉降的问题出现。
为了避免地表沉降影响到周围的建筑物，就需要对地表沉降规律进行认真的分析，从而得到具体的控制方法。
1盾构隧道引起地面沉降的机理分析1.1盾构施工引起的地面沉降盾构施工引起的地层损失和经扰动后的土颗粒再固结是形成地层沉降的主要因素。
根据盾构开挖工序，可将盾构掘进引发的地层沉降分为3个阶段。
第一阶段沉降发生在开挖面前，盾构主要控制参数为排土量、盾构掘进速度以及正面土舱压力。
探究盾构施工引起地表沉降的主要原因与控制策略
探究盾构施工引起地表沉降的主要原因与控制策略摘要：在工程项目的施工中，采用盾构施工方法虽然加快了施工进度，并且使得施工更加便利，但是，随之而来的地表沉降问题也更加频繁。
为此，对盾构施工所引起的地表沉降原因进行分析具有重要的现实意义，应采取具有可行性的控制策略，以保证盾构施工的质量。
关键词：盾构施工；地表沉降；主要原因；控制策略；探究盾构施工的开展会对岩土体产生较大的扰动，甚至会导致周围的地表出现位移或者是形变。
一旦位移与形变超出了预定范围，则会对附近地面的建筑设施以及地下管线安全带来危害。
为此，要想降低因隧道施工所造成的地表沉降变形问题，就应当深入地分析地表形变并采取相应的控制措施。
一、盾构施工引起地表沉降的主要原因和机理分析（一）开挖过程水土压力不平衡在采取土压平衡或者是泥水加压盾构形式开展施工的过程中，因为实际的推进量和排土量相差过多，导致开挖面的水压、土压及压力舱压力呈现出不平衡的现象，导致开挖面失去原有的平衡，引起地基形变。
（二）推进过程中对扰动围岩在开展盾构推进的过程中，因为盾构壳板和围岩之间的摩擦以及对于围岩造成的扰动，导致地基出现下沉的情况，尤其是在蛇行修正或者是曲线推进方面，超挖是导致围岩出现松动的主要原因[1]。
（三）存在盾尾空隙或者是壁后注浆不合理受盾尾孔隙的影响，导致盾壳支承围岩向盾尾的孔隙进行形变，导致地基下沉的现象明显，而最主要的原因就是受应力释放的作用与影响，进而产生弹塑性的形变。
另外，壁后注浆材料的质量或者是实际注入的时间与具体位置，甚至是压力和数量等因素都会对地基下沉的程度带来影响。
而导致黏性土地基临时性地基隆起的主要原因就是壁后的注浆压力超过标准要求。
（四）一次衬砌形变与变位如果接头的螺栓紧固性不强，那么很容易导致管片环发生形变，进而盾尾的孔隙也会逐渐增加。
与此同时，管片在经盾尾脱出以后，因为外压不均匀，进而导致衬砌出现形变或者是变位，使得地基下沉的程度更为明显。
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盾构法隧道施工引起的地面沉降机理与控制摘要:本文首先分析了盾构法隧道引起的地面沉降规律和沉降影响范围,总结了盾构隧道地面沉降的主要影响因素;指明地面沉降主要源于开挖面的应力释放和附加应力等引起的地层变形,并对地铁施工中的地面沉降安全判断标准和控制原则进行了探讨,为城市地铁工程建设提供有益的参考。
关键词:盾构隧道地铁工程地面沉降沉降控制盾构法具有不影响地面交通、对周围建(构)筑物影响小、适应复杂地质条件、施工速度快等众多优点而在地铁工程建设中广泛应用。
但盾构法隧道工程是在岩土体内部进行的,无论其埋深大小,开挖施工都不可避免地会对周围土层产生扰动,从而引起地面沉降(或隆起),危机邻近建筑物或地下管道等设施的安全[1]。
因此,施工能产生多大的沉降或隆起,会不会影响相邻建筑物的安全,是地铁隧道盾构施工中最关键的问题[2]。
要在地铁工程施工前对工程可能引起的地面沉降问题有所估计,就首先需要了解盾构法施工引起的地面沉降的一般规律和机理,进而提出相应的安全判别标准和控制原则,达到事先防控的目的。
1 盾构隧道地面沉降规律地面沉降规律是反映盾构掘进时,沿掘进轴线方向对地层的影响,同时它也能反映盾构掘进时不同因素、盾构机不同部位对地层的作用,包括正面土压力、摩擦力及盾尾间隙等。
根据地面沉降发生的时序,一般将盾构施工沿隧道纵向的地面沉降划分为五个阶段[3]。
1.1 盾构到达前的地层沉降,即先行沉降盾构到达前,地表已经产生变形,影响范围约在10m～15m以内。
主要是由盾构推进土压力的波动所引起,还有地下水位下移使土层有效应力增加而引起的固结沉降。
1.2 盾构到达时的地层沉降,开挖面前的沉降或隆起自开挖面距观测点约3m～10m时起,直至开挖面位于观测点正下方之间所产生的隆起或沉降现象。
实际施工过程中设定的盾构土压舱压力很难与开挖面土体原有土压力达到完全的平衡,多因土体应力释放或盾构反向土仓压力引起的土层塑性变形所引起。
1.3 盾构机通过时的沉降盾构切口达到测点起至后尾离开测点期间发生的地表沉降。
这一期间所产生的地表沉降主要是由盾壳向前移动过程中,盾构机外壳与周围土层之间形成剪切滑动面,土体被扰动所致,盾构通过时的地表沉降约占总沉降的35%～40%。
1.4 盾尾间隙沉降盾尾通过测点后产生的地表沉降,影响范围约在后尾通过测点后0～20m范围。
由于盾构外径大于管片外径,管片外壁与周围土体间存在空隙,往往因注浆不及时和注浆量不足,管片周围土体向空隙涌入,造成土层应力释放而引起地表变形,这一期间的地表沉降约占总沉降的40%～45%。
1.5 后续沉降后期沉降是由盾尾脱出一周后的地表沉降,是由前面地层扰动引起的固结沉降和蠕变残余沉降,反映了地层沉降的时间效应。
这一期间的地表沉降一般不超过总沉降的10%。
总体而言,盾构法施工过程中,1.2和1.4阶段的地面沉降量和沉降速率较大,控制沉降也最为关键。
1.2阶段的变形控制要素是土仓内压力,而1.4阶段的控制要素是盾尾间隙的注浆及时性和充盈率。
2 地面沉降的影响范围盾构在推进过程中,地表沉降以盾构为中心呈三维扩散分布,且分布随着盾构机的推进而产生同步移动。
地面沉降的影响范围可借助Peck公式进行预测。
Peck公式的理论基础是:盾构掘进过程中产生一定的地层损失,相当于挖去一块土体,从而导致上部的土体移动,不考虑土体排水固结和蠕变,认为地层移动为一个随机过程,在盾构掘进后在地表形成的横向沉降槽为一近似正态分布曲线[4]。
韩煊、李宁等[5～6]结合JLE工程观测数据库,对我国8个地区30多组观测数据进行对比研究,分析评价了Peck公式预测方法在我国的适用性。
盾构隧道施工引起地面沉降沿纵向影响范围,在盾构前方约范围内(D为盾构直径,H为地表至盾构底的深度)。
粘性地层中,纵向影响范围为一夹角为斜直线;砂性土中则为一鼻形曲线,深层土体的范围与粘性土相同,表层土体的范围要小于粘性土。
横向影响范围对粘性土地层而言,为隧道轴线两侧范围内,砂性地层影响范围要小,约为。
3 盾构隧道的地面沉降机理盾构隧道施工产生地面沉降的机理主要源于开挖面的应力释放、附加应力等引起地层产生的弹塑性变形[7]。
隧道施工所引起的地面沉降,主要包括开挖卸载时开挖面周围土体向隧道内涌入所引起的地面沉降,支护结构背后的空隙闭合所引起的地面沉降,管片衬砌结构本身变形所引起的地面沉降以及隧道结构因整体下沉所引起的地面沉降,可称为开挖地面沉降。
盾构法隧道在施工期的地面沉降可认为主要由开挖沉降、固结沉降和次固结沉降组成,而次固结沉降更多情况下需要在隧道运营期间考虑。
盾构施工引起的地层损失和隧道周围受扰动或剪切破坏引起的土体再固结,是造成盾构法隧道工程性地面沉降的根本原因[8～9]。
4 盾构隧道施工的地面沉降影响因素地层沉降大小的影响因素有内因和外因之分,但归纳起来主要有[10]以下几点。
4.1 地质条件的影响实测和实验研究均表明,隧道埋深对地表沉降的影响因地层情况各异。
T.Ito等[11]曾指出,盾构法施工地表沉降槽的宽度主要取决于最接近隧道拱顶的那一层土的特性。
4.2 土体性质的影响土体的非均质性、各向异性、弹塑性和粘塑性使得盾构隧道施工引起的地层沉降进行准确预测是十分困难的,正因为此,说明土体的性质对地层沉降有着很大的影响。
4.3 覆土厚度H和盾构外径D的影响盾构外径越大,由盾构施工引起的单位长度的地层损失就越大,在相同地面沉降槽宽度下,最大地面沉降也随着增大;而隧道覆土厚度越大,则最大地面沉降值就会越小,但地面沉降槽宽度会越大。
最大地面沉降随覆土厚度H与盾构外径D的比值即H/D的增大而减小。
4.4 地下水位变化的影响盾构隧道施工中往往要采取降低地下水位的措施,降水使地层产生固结沉降。
此外,施工过程中地层中水位的变化,也会引起地层变形,导致地面沉降。
4.5 盾构施工姿态调整的影响盾构施工过程中的纠偏、仰头、叩头和曲线推进以及后退等姿态调整均会引起多余的地层损失,导致地层沉降。
另外,盾构推进过程中,土压舱压力过大或压力过小,也会引起地层变形。
4.6 注浆的影响由于盾构壳具有一定的厚度,且盾壳外径大于管片外径,盾壳与管片之间会留有一定的空隙。
工程中普遍采用同步注浆或二次注浆的方法来减小由盾尾空隙引起的地层损失。
若压浆不及时,或因注浆量不足,或因注浆压力不适当,将会使盾尾后部隧道周边的土体失去平衡,向盾尾空隙塌陷,致使地层沉降。
同时,若注浆压力过大,浆液浸入地层,扰动地层,也会加大地面沉降。
4.7 管片变形的影响土压力作用下,隧道管片产生的变形也会引起少量的地层损失,导致地面沉降。
4.8 受扰动土体变形的影响盾构隧道周围土体受到盾构施工的扰动后,形成超孔隙水压力区,在盾构离开后的地层中,因土体应力释放,隧道周围的超孔隙水压力下降,孔隙水排出,引起地层移动和地面沉降。
此外,盾构推进中的挤压作用和盾尾压浆作用等施工作用,也使周围地层形成超孔隙水压力区,在盾构隧道施工后的一段时间内超孔隙水压力消散,地层产生排水固结变形,引起地面沉降。
除上述因素外,还有一些其它因素,如:隧道渗水、涌水、携带泥砂、坍方等引起地层损失,从而导致地表变形等。
总之,地铁隧道施工引起的地面沉降是诸多因素的综合作用结果,合理的设计与巧妙的施工是盾构隧道控制地面沉降的关键。
5 地面沉降的安全性判断与控制因不同城市地铁隧道工程的地质条件、地面环境、隧道埋深、上部结构对地基变形的适应能力和使用要求具有很大差异,地铁隧道地面沉降的安全判断,通常需要考虑地面建(构)筑物和地下管线的安全及地层稳定等因素后综合确定。
目前国内与地铁隧道地面沉降有关的规范均未给出地铁隧道地面变形的具体指标或允许值[12～16]。
从当前国内的地铁施工实际来看,地表变形多根据经验控制在+10mm～-30mm以内。
但工程实践表明,制定统一的标准并不妥当,实际工程中要按照不同地区、不同地质和周边环境区别对待,以确定科学、合理且经济的沉降安全性控制标准。
地面沉降控制的总原则是,采取各种措施保持隧道周围岩土体稳定,防止水土流失,进而控制地面沉降。
针对不同工程的具体情况,结合地面沉降的不同阶段,盾构法隧道施工应采用施工前预防地面沉降的处理措施和施工过程中的补救加固措施,包括注浆、锚杆、钢板桩、旋喷桩、搅拌桩加固,采用冻结法施工或素混凝土墙等,对盾构隧道上覆和两侧地层进行加固,有效预防和控制盾构法施工引起的地面变形与发展。
盾构法隧道的地面沉降控制,要综合考虑地表建(构)筑物、地下管线及地层和结构稳定等因素,分别确定其允许的地表沉降值,并取最小值作为控制基准值。
具体施工过程中,可设置预警值、报警值和极限值来进行分级控制。
预警值一般为极限值的60%,当地表沉降达到该值时,应采取必要的控制措施并密切监控沉降的进一步发展;报警值一般为极限值的80%,达到该值时,要立即采取有效措施和手段对地表沉降进行控制;极限值则是地表沉降允许的最大值,超过该值将导致结构破坏等严重工程事故,这在工程中是绝对不允许的。
6 结语城市地铁隧道暗挖法施工不可避免的会对周围岩土体产生不同程度的扰动或破坏,造成地层位移与变形,甚至诱发地面沉降、地下管线等建(构)筑物受损等环境影响或灾害问题。
本文分析了盾构隧道引起地面沉降的一般规律和沉降影响范围,并总结了盾构隧道地面沉降的主要影响因素;在指明地面沉降主要源于开挖面的应力释放和附加应力等引起的地层变形基础上,对地面沉降的安全判断标准和控制原则进行了探讨,为日益高涨的城市地铁隧道施工提供有益的参考。
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