盾構施工地表塌陷原因分析及處理措施

李建強

摘要：近年來，伴隨著我國盾構施工的不斷增加，雖然使我國在一定程度上受益匪淺，但在帶來便捷的同時又暴露出很多問題，其中最重要的問題就是在盾構施工過程中地表塌陷問題。所以對于盾構施工地表塌陷問題的控制與預防顯得尤為重要，目前我國地表的大型建筑物不斷劇增，對于建筑物或構造物沉降控制要就較為嚴格，所以對于如何控制盾構施工地表塌陷是我國長期的一個重要工作。

關鍵詞：盾構；施工；地表塌陷；分析；措施

中圖分類號：TU74文獻標識碼： A

伴隨我國社會經濟的迅速發展，城市化水平的逐漸提升，我國的交通事業也越來越重要，城市軌道交通的速度較快、運量較大且安全等優點都使得城市交通備受居民的青睞。但在城市盾構施工過程中，勢必會對生活中的周圍環境造成影響，最為嚴重的就是施工地表的塌陷問題，因此要對盾構施工過程中的地表塌陷問題制定出合理可實行的方案，進行處理。

一、盾構施工地表塌陷的原因

（一）水、土壓力的不均衡

盾構施工中水、土壓力的不平衡主要體現在，泥水與土壓式盾構。由于推進量與排土量不等的原因，開挖面水壓力、土壓力與壓力艙壓力產生不均衡，致使開挖面失去平衡狀態，從而發生地基變形。造成地表塌陷。

（二）推進施工中圍巖的干擾松動

在盾構施工過程中的推進施工中，由于盾構的殼板與圍巖之間不斷產生摩擦，從而導致了圍巖的擾動，致使地基不斷下沉。特別是蛇行修正和曲線推進時引起的超挖，是產生圍巖松動的主要原因。

（三）盾尾產生空隙以及壁后的注漿不足

由于盾構施工中盾尾產生空隙，使得盾殼支撐的圍巖朝著尾部變形而使地基向下塌陷，這是由應力釋放引起的彈塑性變形。地基下沉的大小受壁后注漿材料材質及注入時間、位置、壓力、數量等影響。另外，黏性土地基中的壁后注漿壓力過大是引起臨時性地基隆起的主要原因。

（四）襯砌導致的變形和位移

在盾構施工過程中，由于一些接頭的螺栓沒有緊固牢靠，就會導致其管片環出現變形，盾尾空隙的實際量增大，管片從盾尾脫出后外壓不均等使襯砌變形或變位，從而增大地基下沉。

（五）地下水位的變化

由于施工過程中，開面時常出現涌水或一次襯砌產生漏水時，地下水位下降而造成地基下沉。這一現象是由于地基的有效應力增加而引起固結沉降。

二、盾構施工地表塌陷分析

（一）地層基本條件

由于一些施工路段的地質與水文存在復雜性，隧道斷面過5到11礫砂層，隧道上方有少量5到3淤泥質粘土，其余為1到4填塊石、2到4含有機質砂、4到10粗砂、4到11礫砂及5到5含有機質砂。受海水和河水的側向補給，該區域砂層富水性好，透水性強，結構松散，盾構開挖面自穩性差，掘進時一旦出現土壓波動較大，就容易造成過量的砂涌入盾構密封艙。由于在盾構施工過程中掘進時其經過的斷面大多數都是礫砂層，在密封艙和螺旋輸送機中的渣土和易性較差，而地下水與地表水聯系密切，補給快，流速大，在地下水作用下，螺旋輸送機若發生噴涌，易引起密封艙內的壓力小于地層側向壓力，進而導致開挖面失穩，造成地面塌陷。

（二）施工過程中的情況

1.渣土

在盾構施工過程中，其富水砂層和土倉內砂質渣土的復雜與不穩定的性的影響，使得盾構前方地層易造成塌方。富水砂層盾構掘進時渣土改良需要解決的問題有：提高土倉內渣土的抗滲透能力，避免開挖面涌水涌砂；降低土倉內渣土的內摩擦角，減少渣土對刀盤刀具的磨損；提高土倉內渣土的和易性，使螺旋機出渣順暢。

2.開挖面

據目前情況來看，我國的一些地區的地面塌陷區域的粘性土的比例大概是80%以上，水位埋深約4.0 m，隧道上覆土厚度約14.5 m。據太沙基松動土壓力理論計算所得刀盤上部土倉壓力合理范圍為1.23～1.41 bar，推力為12056.24 KN，而在掘進409～413環時，盾構機刀盤上部土倉壓力均在1.05 bar左右，推力在11500 KN，上部土倉壓力掘進值較理論計算值小許多，掘進時，開挖面極有可能已失穩。

3.出土量的不斷加劇，出現超挖

在413、414環對應地面沉降超限位置，有一條直徑為600 mm的給水管在隧道上方橫穿，埋深1.7 m，給水管施工時，位于隧道正上方剛好有一處焊接接頭，盾構開挖引起的地層變形過大，導致水管接頭位裂漏水，大量的流水將砂土帶走，導致路基下方脫空，在車輛動荷載作用下，路面沉降不斷加劇，最終引起了地面坍塌。

三、盾構施工地表塌陷的防御措施

（一）地基的檢查與預測

在施工的過程中，由于施工技術采取的不當，很容易造成地基改變原有的形狀，從而影響整個施工，在這種情況下，就需要采取一定的措施對其進行改善。盾構技術就是最為常用的一種方法，這種盾構技術就是在進行施工之前，對于地基的建筑進行相關數據的測算以及根據實際情況進行一小部分的實施，最后根據所得出的結果來設定施工過程中需要進行管理的基準研究，最后進行施工。同時，在推進時，要在隧道中心向上及其兩側范圍內設定監測點，當地表沉降監測顯示沉降量過大時，亦需暫停出土，建立土壓平衡，加大同步注漿或進行二次注漿。進行水準測量，并根據監測結果指導施工，調整施工參數，總結經驗，應用到后續區段的施工管理中。

（二）對于開挖中水、土壓力的解決

對于盾構施工中的水土壓力的均衡問題，從而建立土壓平衡。土壓平衡式盾構可通過調整推進速度和螺旋式排土器的轉速，使土艙壓力與開挖面土水壓力相對應。另外可根據需要，注入適當的添加劑增加開挖土的塑性流動性，使壓力艙內不產生空隙。泥水加壓式盾構可根據圍巖的透水性來調整泥漿性狀，并進行泥漿管理，使壓力艙壓力始終對應于開挖面的水土壓力。

（三）推進中巖土干擾問題的解決

在盾構施工中為了使推進中盾構與圍巖之間的摩擦能有盡量較小，且不干擾圍巖，因此必須對盾構的結構姿態有效的控制好，防止盾構發生變形和位移等情況，在施工過程中也應該盡量的減少超挖量。盾構姿態發生偏差時，應緩慢糾偏，不能操之過急。

（四）盾構施工中尾部空隙與壁后注漿問題的解決

在盾構施工過程中，其盾位的空隙下沉和壁后注漿等問題的產生，都會對盾構工程造成嚴重的影響，因此必須嚴格有效的控制其問題的產生。根據圍巖狀態來選擇滲透性好、固結強度大的壁后注漿材料，并盡量與盾構推進的同時進行壁后注漿，即采用同步注漿。推進過程中及時進行足量注漿，保證注漿的數量和質量，就能有效地控制沉降。

（五）襯砌的變形預防

為防止管片環變形，必須使用形狀保持裝置（如保圓器）等來確保管片組裝精度，同時充分緊固螺栓，必要時要做二次緊固。

（六）地下水位的有效控制

對于盾構施工過程中管片接頭和壁后注漿孔等地方的漏水現象，必須嚴格的進行解決，可以通過對管片進行組裝、螺栓緊固等方法。對完成施工的隧道滲漏水，必須及時采取措施進行堵漏。盾構法施工的不同階段會有不同的工況，必須有針對性地采取措施，把沉降控制在最小限度以內。

結束語：

近年來，為了能夠有效的避免盾構施工過程中地表的塌陷問題，一定要對盾構施工技術在掘進地層時所有可能遇到的問題進行綜合的分析，并在分析過程中制定出合理的方案，以便于事故發生時，將其有效的控制。這樣才能為人們的生活提供方便，為我國的盾構施工創造更好的發展前景。

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