地铁盾构隧道沉降原因分析

陈泽

摘要：地铁工程施工属于高风险工程，其建设过程的风险管理备受社会各界关注，建立和实行工程风险管理制度已刻不容缓。该文针对地铁盾构隧道施工过程中存在的沉降原因进行分析，將工程风险管理的基本理论应用到地铁盾构法隧道施工实践中，有效地分析和探究地铁盾构法隧道工程建设中的各项风险识别、风险评价与具体应对措施。

关键词：地铁;盾构法隧道;盾构机选型;盾构掘进参数;沉降机理

1盾构法隧道施工诱发地表沉降机理

1.1地表沉降理论

采用盾构法对地下隧道施工开挖时，周围的岩土层会产生应力释放效应，而这种释放会对地层产生变形，最后引起地表面建筑物的形变和位移。如果任其施工位移和变形的发展，将会影响地表面的管道和其他基础设施的安全。尤其是在城市市区，这种影响更为明显。地下隧道开挖施工产生沉降的示意图，如图1所示。

2地表沉降影响因素分析

采用盾构法对城市地下铁路隧道的施工，会对土层和地表产生不必要的沉降。然而，影响地表沉降的因素有很多，其最关键的影响因素主要有以下几个方面：（1）盾构机在隧道中掘进施工时，机器前方的土压力松弛。盾构舱内土压力是可以控制的，舱内土压力与围岩压力的平衡关系控制着地表沉降的大小。当盾构机舱内的土压力比周围岩土层的土压力大时，将对开挖面上面的土体造成上隆现象;当盾构机舱内的土压力比周围岩土层的土压力小时，会造成开挖面上方土层下沉。（2）在施工过程中，盾构机和周围的岩土层会产生摩擦。当盾构机往前掘进施工时，将诱发周边土体的移动。此移动主要引起在盾构机土体产生侧移，进而导致施工开挖面后面的地表层沉降，以及施工开挖面前面的土层发生上隆。（3）施工时，盾构机掘进过程中对孔隙水压力平衡的破坏。因为盾构机在掘进过程中会扰动土体，引起地下水的不平衡，以至于诱发孔隙压力的变化，最终引起地表的沉降。（4）盾构机尾部的空隙。施工过程中，当盾构机尾部脱出后，管片和围岩之间存有一定的间隙，给土体下沉提供了较好的空间，将导致沉降速度发生变化。

3控制地表沉降的有效对策

3.1在地铁隧道的设计过程中，

选取线路必须要考虑如果隧道发生了沉降，对隧道顶以及周围的建筑会造成什么样的影响。运用盾构法进行施工，必须要充分考虑地面的建筑和软弱的底层，能够避开建筑群就避开，无法避开时要使建筑处于均匀的沉陷区内。如果隧道施工是双线进行，在不同时段施工，此种情况要考虑到会发生二次沉降，设计时应当充分考虑到这一因素并且经过相关的测算，对地表变形的程度和危害性作出正确的预测，并对相关数据进行统计和记录。

3.2要尽可能地在施工过程中减少对地层的影响

具体体现在下面几个方面：（1）在施工前一定要进行必要的前期考察，考察的重点是待施工区域的地质条件、地下水的基本情况等等，对可能出现的地表变形提前做出应对措施，制定详尽的防水、防塌处理的方案。（2）一定要保证施工的连续性和稳定的施工速度。盾构在停止推进时候，会受到土的压力，自然地后退。这种后退我们一般是要通过一些相应的措施来尽量减小，但是我们无法彻底避免，所以在施工时候一定要保证匀速，并且尽量不让让盾构停止推进，如果确实因为盾构的原因需要检修，一定要做好防止后退的应对，正面和盾尾必须要封闭严密，确保地表的沉降控制在最小的范围内。（3）在盾构向前推进的时候，一定要严格控制开挖面的出土量。根据一些工程的成功经验，一般采用挤压式盾构的时候，如果能够将放土量控制在理论土方量的八成到九成之间，此时地表一般不会出现隆起。（4）要控制盾构向前推进时候的纠偏。我们需要提前对施工作业面进行详尽的测量，让盾构保持在设计断面上，尽可能地不会出现偏斜，这样就避免了纠偏过程中产生的土层扰动。

3.3我们要做好盾尾的建筑空隙的充填压浆。

（1）我们必须保证管片的施工质量，控制管片的强度、尺寸等，做好防水层，并且管片的拼装必须严密，保证其防水性能。注压工作一定要及时，缩短暴露时间，防止坍塌。（2）我们需要从材料的性能上入手进行必要的改良，伴浆必须按照一定的比例配比，提高注浆材料的抗水性能。（3）我们要保证压注数量，控制注浆压力。注浆材料要产生收缩，因此压注量必须超过理论建筑空隙的体积，一般应超过10%左右，或在注浆材料中掺加膨胀剂。但是，过量的压注会引起地表隆起及局部沿着地下水跑浆等现象，对管片受力状态也有影响。由于盾构纠偏、局部超挖、地层存在孔隙等原因，往往使实际的建筑空隙很难正确估计。因此，还应以控制注浆压力，作为充填程度的标准。当压力急剧升高时，说明已充填密实，此时就应停止压注，对注入数量及注浆压力要兼顾。

4结束语

综上所述，隧道盾构法施工所引起的地表沉降的因素有很多。为了保证施工质量，施工单位应该多方面的了解施工情况，确定最佳的施工方案，加强对沉降因素的检测，有效控制沉降现象，努力使施工的质量达到要求。

参考文献：

[1]王丽娜.地铁盾构隧道施工中地表沉降分析及控制措施研究.《市政技术》编辑部，2015：5.

（作者单位：北京中交桥宇科技有限公司）