地鐵隧道盾構法施工引起的地表沉降分析

杜興權

【摘要】隨著施工技術的提高，出現了地鐵隧道盾構法的施工方式。本文從地鐵隧道盾構法施工原理、隧道盾構法施工技術的特點及發展前景、地鐵隧道施工的沉降現象、引起地鐵隧道施工中地面沉降的原因分析以及地鐵盾構法隧道施工的安全注意事項四個方面詳細闡述了地鐵隧道盾構法施工過程中引起的地表沉降的原因分析。

【關鍵詞】地鐵隧道，盾構法，施工，地表沉降

中圖分類號：U231文獻標識碼： A

一、前言

近年來我國經濟水平不斷提高，科技隨之不斷發展，施工技術越來越先進，地鐵隧道盾構法的出現提高了施工效果，同時也出現了地表沉降等問題，本文將對地表沉降問題進行分析。

二、地鐵隧道盾構法施工原理

盾構法自法國工程師布魯諾爾(Brunel)1818年發明以來，至今已有一百多年的歷史，其發展迅速，已廣泛應用于德國、美國、日本、法國和中國等。

地鐵隧道盾構法施工就是在盾構的掩護下連續安全地進行地層開挖與管片襯砌支護工作，其基本構造包括盾構殼體、刀盤、人閘系統、螺旋輸送機與保壓泵喳裝置、鉸接裝置、盾尾密封裝置、管片拼裝機和管片整圓器、刀盤驅動系統、盾構推進系統、同步注漿系統、泡沫發生系統、膨潤土設備、數據采集系統、SLS-T隧道導向系統、后配套設備等部分，其主要施工工序包括盾構的安設與拆卸、土體開挖與推進、襯砌拼裝與防水等部分。

盾構法施工時，首先根據地鐵規劃設計，在隧道某段的一端用明挖法建造基坑，然后再其內安裝盾構機，當盾構就位后，先向開挖面掘進相當于裝配式襯砌寬度的土體(一般為1.5m)，安裝盾構反力架等設備，形成外部支撐，然后在盾殼的掩護下利用千斤頂將切口環向前項入土層進行地層開挖、裝配襯砌，隨后盾構靠頂在已拼裝好的襯砌環上的千斤頂向前的推力來克服盾構掘進中所遇到的地層阻力，保持盾構能均勻連續前進。

三、隧道盾構法施工技術的特點及發展前景

盾構法施工原理是:盡可能在不擾動圍巖的前提下完成施工,從而最大限度地減少對地面建筑物及地基內埋設物的影響。該施工技術有以下特點:①可在盾構設備掩護下安全地進行地下開挖與襯砌作業;②施工時可不影響地面交通及河道航運;③施工時的噪音和震動引起的公害小;④其機械化與自動化的程度高,勞動強度低;⑤多車道的隧道分期施工、分期運營,可減少一次性投資;⑥施工精度要求高;⑦盾構機設備施工過程中不可后退。

在國外,盾構隧道施工技術已發展細化為大量、復雜的施工技術,但我國必須根據國情引進、吸收國外這些新型技術。就目前我國盾構技術現狀而言,一些問題的解決、新技術的開發將成為當務之急,主要有以下幾點:①盾構機的國產化問題;②長距離盾構掘進施工技術;③大直徑或異型盾構施工技術;④復雜地層盾構機適應性;⑤管片技術。盾構技術的發展日新月異,新技術層出不窮,而新技術能否得到應用的決定性因素就是造價問題,即經濟性問題

四、地鐵隧道施工的沉降現象

盾構施工過程中，地表沉降具有橫向和縱向兩種表現形式?？v向的地表沉降

又可分為先行沉降、開挖前沉降、盾尾沉降、盾尾空隙沉降以及后續沉降等。引起地面沉降的原因是多樣化的，包括盾構施工掘進造成地面損失引發的沉降；盾構施工引起地下水流失造成的地下水位降低，引發了地層的固結沉降。盾構施工中存在的地質資料與建筑物基礎資料與實際狀況不符，造成施工措施不當引發建筑物開裂。盾構襯砌結構的變形以及地層原始應力的改變等。

五、引起地鐵隧道施工中地面沉降的原因分析

1.地層損失引發地面沉降

地鐵隧道的施工中，盾構施工將對相應的土體產生擾動，從而引發一定范圍

內土體成為松土而造成地層的損失，根據相應的理論分析和實際工程項目實例的總結，引起地層損失的因素包括開挖面的土體移動；盾構的后退；土體擠入了盾尾空隙；推移方向的改變；盾構正面障礙物，從而使地層在盾構通過后產生的空隙難以壓漿填充引發地層損失；盾殼在移動后對地層產生了摩擦和剪切；在土體壓力的作用下，地鐵隧道的襯砌產生了形變引發的地層損失；當隧道襯砌具有較大的沉降時也將引發地層損失。

2.覆土厚度H和盾構外徑D的影響

盾構外徑越大,由盾構施工引起的單位長度的地層損失就越大,在相同地面沉降槽寬度下,最大地面沉降也隨著增大;而隧道覆土厚度越大,則最大地面沉降值就會越小,但地面沉降槽寬度會越大。最大地面沉降隨覆土厚度H與盾構外徑D的比值即H/D的增大而減小。

3.地下水流失造成地面沉降

深埋隧道的施工中，地層損失所造成的地面沉降主要對建筑物的端承樁造成影響。而地下水流失所造成的地下水位下降則主要對建筑物的淺基礎以及長度較短的摩擦樁造成影響。尤其是樁基基礎以下間隙率較大的地層，例如中粗砂層，其所造成的沉降較大。在土壓平衡式盾構機器掘進過程中，普遍存在拱頂同步注漿不密實的狀況，從而導致了拱頂處沿著地鐵隧道方向水力連通。而當盾構機器長時間停止掘進作業時，地下水容易從盾構機的后方流向開挖面，從而引發了地下水流失。而當地層起伏較大，或是地層存在地質鉆孔、封孔的質量不良時容易與上部地層造成水力通道，貫通隔水層引發地下水水位下降，此外含水量較大的地層中，盾構機的停止掘進也將導致開挖面較大的水量流失。當地鐵隧道上層的土層覆蓋較淺且土質較為松散，并且存在未封堵的地質鉆孔時，由于形成了上下連通的水力通道，當盾構機推進后地下水下降迅速，從而引發地表沉降。

4.地面沉降的安全性判斷與控制

因不同城市地鐵隧道工程的地質條件、地面環境、隧道埋深、上部結構對地基變形的適應能力和使用要求具有很大差異,地鐵隧道地面沉降的安全判斷,通常需要考慮地面建(構)筑物和地下管線的安全及地層穩定等因素后綜合確定。目前國內與地鐵隧道地面沉降有關的規范均未給出地鐵隧道地面變形的具體指標或允許值。從當前國內的地鐵施工實際來看,地表變形多根據經驗控制在+10mm～-30mm以內。但工程實踐表明,制定統一的標準并不妥當,實際工程中要按照不同地區、不同地質和周邊環境區別對待,以確定科學、合理且經濟的沉降安全性控制標準。

地面沉降控制的總原則是,采取各種措施保持隧道周圍巖土體穩定,防止水土流失,進而控制地面沉降。針對不同工程的具體情況,結合地面沉降的不同階段,盾構法隧道施工應采用施工前預防地面沉降的處理措施和施工過程中的補救加固措施,包括注漿、錨桿、鋼板樁、旋噴樁、攪拌樁加固,采用凍結法施工或素混凝土墻等,對盾構隧道上覆和兩側地層進行加固,有效預防和控制盾構法施工引起的地面變形與發展。盾構法隧道的地面沉降控制,要綜合考慮地表建(構)筑物、地下管線及地層和結構穩定等因素,分別確定其允許的地表沉降值,并取最小值作為控制基準值。具體施工過程中,可設置預警值、報警值和極限值來進行分級控制

六、結束語

以上是對地鐵隧道盾構法施工引起的地表沉降問題的分析與探討，在進行地鐵隧道盾構法施工的時候，要嚴格按照安全注意事項施工，只有這樣才能保證施工的安全。

參考文獻：

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