地鐵盾構隧道沉降原因分析

陳澤

摘要：地鐵工程施工屬于高風險工程，其建設過程的風險管理備受社會各界關注，建立和實行工程風險管理制度已刻不容緩。該文針對地鐵盾構隧道施工過程中存在的沉降原因進行分析，將工程風險管理的基本理論應用到地鐵盾構法隧道施工實踐中，有效地分析和探究地鐵盾構法隧道工程建設中的各項風險識別、風險評價與具體應對措施。

關鍵詞：地鐵;盾構法隧道;盾構機選型;盾構掘進參數(shù);沉降機理

1盾構法隧道施工誘發(fā)地表沉降機理

1.1地表沉降理論

采用盾構法對地下隧道施工開挖時，周圍的巖土層會產(chǎn)生應力釋放效應，而這種釋放會對地層產(chǎn)生變形，最后引起地表面建筑物的形變和位移。如果任其施工位移和變形的發(fā)展，將會影響地表面的管道和其他基礎設施的安全。尤其是在城市市區(qū)，這種影響更為明顯。地下隧道開挖施工產(chǎn)生沉降的示意圖，如圖1所示。

2地表沉降影響因素分析

采用盾構法對城市地下鐵路隧道的施工，會對土層和地表產(chǎn)生不必要的沉降。然而，影響地表沉降的因素有很多，其最關鍵的影響因素主要有以下幾個方面：（1）盾構機在隧道中掘進施工時，機器前方的土壓力松弛。盾構艙內(nèi)土壓力是可以控制的，艙內(nèi)土壓力與圍巖壓力的平衡關系控制著地表沉降的大小。當盾構機艙內(nèi)的土壓力比周圍巖土層的土壓力大時，將對開挖面上面的土體造成上隆現(xiàn)象;當盾構機艙內(nèi)的土壓力比周圍巖土層的土壓力小時，會造成開挖面上方土層下沉。（2）在施工過程中，盾構機和周圍的巖土層會產(chǎn)生摩擦。當盾構機往前掘進施工時，將誘發(fā)周邊土體的移動。此移動主要引起在盾構機土體產(chǎn)生側移，進而導致施工開挖面后面的地表層沉降，以及施工開挖面前面的土層發(fā)生上隆。（3）施工時，盾構機掘進過程中對孔隙水壓力平衡的破壞。因為盾構機在掘進過程中會擾動土體，引起地下水的不平衡，以至于誘發(fā)孔隙壓力的變化，最終引起地表的沉降。（4）盾構機尾部的空隙。施工過程中，當盾構機尾部脫出后，管片和圍巖之間存有一定的間隙，給土體下沉提供了較好的空間，將導致沉降速度發(fā)生變化。

3控制地表沉降的有效對策

3.1在地鐵隧道的設計過程中，

選取線路必須要考慮如果隧道發(fā)生了沉降，對隧道頂以及周圍的建筑會造成什么樣的影響。運用盾構法進行施工，必須要充分考慮地面的建筑和軟弱的底層，能夠避開建筑群就避開，無法避開時要使建筑處于均勻的沉陷區(qū)內(nèi)。如果隧道施工是雙線進行，在不同時段施工，此種情況要考慮到會發(fā)生二次沉降，設計時應當充分考慮到這一因素并且經(jīng)過相關的測算，對地表變形的程度和危害性作出正確的預測，并對相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和記錄。

3.2要盡可能地在施工過程中減少對地層的影響

具體體現(xiàn)在下面幾個方面：（1）在施工前一定要進行必要的前期考察，考察的重點是待施工區(qū)域的地質(zhì)條件、地下水的基本情況等等，對可能出現(xiàn)的地表變形提前做出應對措施，制定詳盡的防水、防塌處理的方案。（2）一定要保證施工的連續(xù)性和穩(wěn)定的施工速度。盾構在停止推進時候，會受到土的壓力，自然地后退。這種后退我們一般是要通過一些相應的措施來盡量減小，但是我們無法徹底避免，所以在施工時候一定要保證勻速，并且盡量不讓讓盾構停止推進，如果確實因為盾構的原因需要檢修，一定要做好防止后退的應對，正面和盾尾必須要封閉嚴密，確保地表的沉降控制在最小的范圍內(nèi)。（3）在盾構向前推進的時候，一定要嚴格控制開挖面的出土量。根據(jù)一些工程的成功經(jīng)驗，一般采用擠壓式盾構的時候，如果能夠?qū)⒎磐亮靠刂圃诶碚撏练搅康陌顺傻骄懦芍g，此時地表一般不會出現(xiàn)隆起。（4）要控制盾構向前推進時候的糾偏。我們需要提前對施工作業(yè)面進行詳盡的測量，讓盾構保持在設計斷面上，盡可能地不會出現(xiàn)偏斜，這樣就避免了糾偏過程中產(chǎn)生的土層擾動。

3.3我們要做好盾尾的建筑空隙的充填壓漿。

（1）我們必須保證管片的施工質(zhì)量，控制管片的強度、尺寸等，做好防水層，并且管片的拼裝必須嚴密，保證其防水性能。注壓工作一定要及時，縮短暴露時間，防止坍塌。（2）我們需要從材料的性能上入手進行必要的改良，伴漿必須按照一定的比例配比，提高注漿材料的抗水性能。（3）我們要保證壓注數(shù)量，控制注漿壓力。注漿材料要產(chǎn)生收縮，因此壓注量必須超過理論建筑空隙的體積，一般應超過10%左右，或在注漿材料中摻加膨脹劑。但是，過量的壓注會引起地表隆起及局部沿著地下水跑漿等現(xiàn)象，對管片受力狀態(tài)也有影響。由于盾構糾偏、局部超挖、地層存在孔隙等原因，往往使實際的建筑空隙很難正確估計。因此，還應以控制注漿壓力，作為充填程度的標準。當壓力急劇升高時，說明已充填密實，此時就應停止壓注，對注入數(shù)量及注漿壓力要兼顧。

4結束語

綜上所述，隧道盾構法施工所引起的地表沉降的因素有很多。為了保證施工質(zhì)量，施工單位應該多方面的了解施工情況，確定最佳的施工方案，加強對沉降因素的檢測，有效控制沉降現(xiàn)象，努力使施工的質(zhì)量達到要求。

參考文獻：

[1]王麗娜.地鐵盾構隧道施工中地表沉降分析及控制措施研究.《市政技術》編輯部，2015：5.

（作者單位：北京中交橋宇科技有限公司）