地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题分析

地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题分析

李贺南

身份证号码： 22088119860309****

摘要: 随着时代不断发展，地铁交通已经成为人们出行的重要方式，相比于传统方式更具有优势，促使人们享受便捷的服务。地铁工程的不断增加促使人们对其施工的安全性、稳定性以及先进性提出全新的要求，灵活应用当前先进的盾构法施工，有效的解决地面沉降问题，提升地面建筑结构的安全性，为人们提供优质的服务。

关键词：地铁隧道盾构法施工；地面沉降；问题分析

1、盾构法引起的地面沉降原理

地铁隧道施工中必然会引起隧道周边土层的扰动，进而引发地面沉降问题。软土地隧道开挖的过程中，受到地层损失以及隧道周围环境的干扰等因素都可能会引起地面沉降。

1.1 隧道开挖使得地层损失

地层损失主要是由于盾构施工中开挖体积与隧道的实际体积间存在体积差，隧道竣工体积包括隧道外围包裹的压入浆体积。如果在弥补地层中出现了地层的移动，将引起地面的沉降，而地层损失的主要因素为：①开挖面的土体出现移动的现象。在盾构挖掘的过程中，开挖面土体的水平支护应力如果小于原始侧向应力，那么将会引起开挖面土体的移动，从而造成地层损失，进而引起正面土体的向上、向前移动，从而造成地层损失的土体隆起；②盾构后退。在盾构技术的推进中，如果出现暂停，那么有可能会因为千斤顶漏油或回缩造成盾构后退，进而导致开挖面土体松动，形成地层损失；③土体被挤入盾尾的空隙中。如果在隧道外周空隙的压浆过程，压浆量不足，压力不适或者压浆的时间不及时，都可能会使盾尾坑道的土体失去平衡，进而出现土体移动形成地层损失。尤其是在含水不稳定的地层中，更容易引发地层损失现象；④推进方向的改变。盾构的过程中有些地点需要进行曲线、抬头以及纠偏推进，这样开挖断面就是椭圆形，因此造成地层损失。盾构轴线与隧道轴线的角度偏差越大，其引起的地层损失也会更大；⑤盾构的推进会使其正面的障碍物不断的移动，进而产生空隙，但是在推进的过程中无法进行有效的填充，从而引起地层损失；⑥同时隧道在土压下以及盾构管片拼装的过程中也可能会因为变形而造成地层损失。

1.2 土体受扰动后固结性降低

隧道盾构施工的过程中，会使得周围的土体受到扰动，进而在隧道的周围造成超孔隙水压力。盾构推进后，土体的表面应力得到了有效的释放，从而使得隧道周围的孔隙水压力逐渐的降低，使得孔隙的水被挤压出来，进而造成地面沉降。同时，在盾构施工的过程中，由于挤压以及压浆等作用使得地层周围形成正值超空隙水压力区，在施工后的一段时间又会自动复原，进而使得地层排水出现固结变形，造成地面沉降。这种沉降也被称为主固结沉降。在隧道周围的土体受到扰动后，土体的骨架还会保持一段时间的压缩变形，在这个过程中地面出现次固结沉降。

2、地面沉降影响因素分析

2.1 盾构深埋因素的影响

对于现阶段的地面沉降来说，盾构深埋的影响较大，尤其是
在软土隧道开挖过程中，一般其盾构的埋深大约在6m～10m，以保证其施工的合理性。在该环节中灵活应用现阶段的系数开展计算，其沉降量的计算为0.976。一般盾构半径参数为3.2m，地层出现的损失通常为2%，穿越黏土层，其盾构的埋深与宽度系数存在密切的关联性，并受其深度因素影响而增大。

2.2 地层损伤率的影响

地层损失分析中发现，现阶段在施工过程中地层损失率与地面沉降存在一定的关系，在计算过程中部分学者提出现有的估算法与实际的地层损失率较大的地铁隧道盾构法施工计算存在不合理之处，其主要的原因在于宽度系数的变化。例如，将其与实际工程相结合，地层损失率在5% 以内，并取整数，将盾构埋深10m，现阶段的盾构半径与穿越土层的数值不发生改变，经过计算发现，现阶段的地层损失率的宽度系数发生明显的变化，沉降量逐渐增大。

2.3 盾构穿越土层性质因素影响

受地下土层自身的因素影响，其出现明显的分类，由于其土层性质因素影响，造成其地铁隧道盾构法施工中盾构引起的地面沉降存在明显的不同。相对来说，在保证其施工工艺不变的情况下，砂土层的沉降槽宽系数相对较小，进而造成的沉降较为明显。在研究过程中发现，当地层的损失率为 2% 时，盾构埋深设置为10m，并且其施工的盾构半径选择3.2m，通过计算发现二者之间的关联，此时再分析黏土层产生的影响，明确沉降槽宽度系数因素造成的后果，分析粉土层砂土层沉降槽的沉降量。

2.4 盾构半径的因素影响

在施工中，不同的工程其盾构的选择半径也存在明显的不同，例如在现阶段的单圆土压与双圆土压平衡盾构半径控制过程中，其范围通常在6m～6.5m之间，对于现阶段的跨海或者江隧道施工过程中，通常其盾构半径为会更大一些，以保证其施工有效地进行，一般情况下在7m～15m，通过假设计算，现阶段的单圆盾构、双圆盾构以及穿江盾构在发展中，其半径可以根据实际情况设计，如3m、4.5m、7.5m等，其盾构埋深为10m，地层的损失率为2%，通过合理的计算分析发现，现阶段的沉降情况与沉降面积受现阶段的横向沉降槽的宽度系数影响，其宽度系数越大其沉降的效果越明显。

3、地铁隧道盾构法施工中的地面沉降观测方法

3.1 观测仪器分析

工作人员在进行地面观测过程中针对现阶段的观测仪器主要选择精密水准仪、铟钢水准尺、钢卷尺进行测量，沿着现阶段建筑物表面的沉降情况开展研究，将其误差控制在合理的范围中，尤其是相邻的高度误差，以提升整体的精确度。

3.2 进行沉降观测点布置

应根据现阶段的实际情况开展测量，在隧道的中线上方的地面布置相关的距离点，将其控制在 5m，每间隔四个布置点进行一个检测横断面的设置，并在其上根据实际情况设置五个观测点，以达到观测的目的。针对现阶段的软土层或者埋深较浅的区域来说，在进行设计过程中，应根据现阶段的实际情况对其进行判断，分析其条件因素产生的影响，合理设置监测点。在进行布置过程中，如果隧道的上方路面为混凝土，工作人员在进行设计过程中可以选择两个方式设置其观测点，如可以在混凝土的路面设置观测点，通常情况下可以根据路面的中线间隔一段距离设置一个观测点，其观测点需要布置在路面上，以保证其发挥出自身的功能，达到观测的目的。另一种是根据实际情况在现阶段的实际情况将其观测点布置在路面以下，并且在起该观测环节中起应根据现阶段的实际情况避免路面硬壳出现沉降测量起误差，以避免出现路面空虚情况，针对现阶段的实际情况选择方法测量，优化现阶段的模式，针对现阶段的实际情况开展测量，以满足现阶段的发展需求，实现合理的监测。

3.3 沉降监测频率分析

为保证其合理的控制地面沉降，应根据实际情况对现阶段的沉降观测频率分析，从多个角度进行研究，明确其盾构的实际情况，通常情况下其盾构机头前的 10m 位置或者其后20m的位置应保证其进行合理的观测，根据实际情况开展研究，分析现阶段每一个观测点的实际情况，并保证其观测频率合理，直到施工位置的土层频率符合实际的要求。当出现沉降异常或者隆起情况时，应根据实际情况对现阶段的频率范围开展测量，以保证其满足实际需求。

结语：

综上所述，在当前的时代背景下，地铁工程数量增多，规模增大，促使现阶段的盾构技术被广泛地应用在地铁隧道施工中，从整体上提升现阶段的施工质量，缩短施工工期，但其在应用中还存在较多的问题，应全面深化其技术，优化现有的沉降问题，以实际的需求为基础开展测量监督，从根本上避免其出现沉降问题，提升整体的施工质量。

参考文献：

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[2] 喻凯，宁纪维 . 地铁隧道盾构法施工邻近建筑物风险分级及区域划分 [J]. 施工技术，2018(S4)：1394~1397.

[3] 洪杰 . 盾构隧道施工引起的地表沉降及控制措施探析 [J].工程技术研究 ,2017,(3):70+76.