地铁盾构工程地面沉降控制分析

摘要：作为轨道交通的一部分，地铁具有安全、准时、方便、速度快的特点，通过将人转移到地下的方式，极大程度缓解了交通拥堵问题。经过多年的发展，地铁施工方法由明挖法逐渐向盾构法、新奥法等方法转变。鉴于盾构施工安全、先进的特点，其在地铁施工建设中已被广泛采用。但是，地铁盾构施工不可避免会带来地层扰动、地层损失、局部地下水位降低等情况，从而引起地面沉降，影响周围环境和人们的生活，因此进一步加强对其的控制研究非常重要。基于此本文分析了地铁盾构工程地面沉降控制。

关键词：地铁盾构工程；地面沉降；控制

中图分类号：U456文献标识码：A

1 地铁盾构施工地面沉降的构成及机理研究

1.1 盾构到达前的前期地表沉降

盾构过程中，可以发现地面在盾构机到达前会发生不同程度地沉降，这就是前期地表沉降。对于前期地表沉降的产生原理，有两种说法。一说法认为这是由施工导致水位变化，水位下降一定程度上增加了有效应力，使得地表在盾构到达前就产生了沉降。另一种说法认为隧道开挖会导致土体重分布及应力释放，这是引起地表沉降的主要原因。随着研究的深入，第二种方法更获认可。

1.2 盾构施工扰动的地表沉降

盾构掌子面到达观测点下方直至盾尾通过观测点下方时段内的地表沉降，并含盾尾空隙引起的沉降量，被称之为盾构施工扰动引起的地表沉降。造成该部分沉降的基本原理是开挖过程造成土体扰动，破坏原有土体平衡及补压浆不及时造成盾尾空隙，从而引起地表沉降。

1.3 后期固结地表沉降

盾构过断面后，土体会固结或者次固结，这也会引起地表沉降，这种沉降称之为后期固结地表沉降。此阶段的沉降会随着时间而改变。原理为盾构施工引起地下水位改变，致使土体应力失衡，从而出现沉降来恢复平衡。后期固结地表沉降约为总沉降的5%~30%，导致后期地表沉降的因素有以下一些：

（1）施工工艺、地质条件以及管理水平土体力学性质以及土体被扰动后导致孔隙水压力改变是产生后期固结地表沉降的根本原因。孔隙水压力变化的快慢与采用的工艺、地质条件、管理等因素相关。地质条件和工艺的改变会导致沉降槽形状变化和地表沉降值变化。（2）衬砌变形衬砌变形也会引起后期固结地表沉降，鉴于衬砌的大刚度，可以忽略这部分影响。

2 地铁盾构施工地面沉降主要影响因素

2.1 环境因素

最重要的影响因素就是环境因素。环境因素主要包含地层变形状况、岩性地质和地下水情况以及土体性质。展开来说，包含地层空洞、土层变化大、勘察资料不全、土层参数变化(压缩模量、摩擦角、内黏聚力)等因素。

2.2 施工因素

（1）盾构掘进方面①盾构施工参数设定不合适；推进速度、总推力、刀盘转速、刀盘扭矩等对地面沉降的影响很大；②出土量过大；③盾构过程中出现超挖、欠挖、纠偏、后退等问题；④盾尾密封失效、监控量测反馈信息反馈不及时等会导致地面沉降；⑤采取合理措施可以一定程度地预防地面沉降，出现危险情况时，应采取合理措施来进行弥补；反之，未采取合理措施会导致地面沉降的加剧。（2）管片拼装方面①管片拼装不合格。包含椭圆形拼装，错台、破损等情况，这些情况会导致地面沉降；②管片螺栓未拧紧。管片之间的螺栓未拧紧会导致接缝张开过大、以及薄弱部位质量差等情况的发生，从而导致地面沉降；③管片相关构件锈蚀。包含螺栓锈蚀和外侧金属构件锈蚀两种。

2.3 人员因素

人员是工程建设最重要的要素；人材机法环五种要素中，人进行工程勘察获取地质资料，人掌握机械调度以及机械使用，人决定施工方法，人选取材料并进行材料调度；从这里可以看出人员的重要性，当施工人员经验不足时，进而影响后续工作而导致地面沉降的可能性是有的。

3 地铁盾构工程地面沉降控制

3.1 盾构施工地面沉降监测方法

盾构法隧道施工过程中顶面沉降监测是最主要的检测项目，其中监测技术方法包含以下几种:液体静力水准测量方法、分层沉降仪测定法、几何水准测量方法和侧斜仪测定方法。

检测基准传感器点的布设原则:布设位置要求距最近盾构掘进轴线垂直距离大于25m，采用防日照和干扰的措施，其位置稳定可靠。监测传感器的布设原则:布设要求建在建筑物较敏感位置，施工扰动最大危害位置，横向沉降槽2/3径向区间。

3.2 地面沉降的安全控制

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。

3.3 施工控制措施

1）在施工现场布设监测网，从横向、纵向对地面的沉降进行实时监控，若发现有瞬时变形超过或都及时寻找原因及时解决问题。在盾构机经过时，地表变形只要接近沉降控制的预警值（，就必须对盾构机的出土量、速度进行调整，找到最佳施工参数。采用国内先进计算机监测系统对现场各个测点信息进行汇总比较，及时反馈沉降信息给盾构司机，对地面的沉降进行全面的控制。2）盾构幵始掘进后，同步注奖过程不均匀，推进过程中有时注架压力大，注菜量不足，有时注装量少，甚至出现不注聚情况，造成对土体结构的扰动破坏，引起地层变形量过大。施工中首先根据地面变形情况及时调整注菜量、注楽部位，在沉降大的部位采用补压梁进行控制，同时更换损坏的盾尾，或采用在盾构机尾部内垫海绵对盾构机尾部进行堵漏。3）管片拼装时，同环相邻的管片相互位置容易发生变动，造成纵缝出现前后口八、内外张角、内弧面产生踏步、纵缝过宽、两块管片相对旋转等质量问题。施工中在盾构推进时开启骑缝的千斤顶，来控制环面平整。在管片脱出盾尾时，环向螺栓在进行一次复紧，因为管片被周围土体包裹以后椭圆度会相对地减小，纵缝压实密集程度提高，局部加贴楔子，改善纵缝质量保证注装效果来减小地面沉降。