摘要：随着社会的不断发展，盾构法施工已成为地铁建设的重要方式，特别是在城市地铁施工中。因为盾构施工属于地下作业，而且其体积相对较大，非常容易导致隧道地表出现不同程度的沉降。因此，施工过程中对沉降现象进行有效的观测，能很好地保证工程的质量和效率，对城市地铁的发展具有重要的现实意义。
关键词：城市地铁；盾构施工；地表沉降
引言
在地铁施工过程中，盾构法是一种非常实用的方法，具有一定的可持续性和稳定性。这种方法能够在各类土壤中进行施工，同时对地表环境的影响非常微弱，是地铁建造中应用最为广泛、最为实用的方法。但是由于盾构机械设备的质量和体积很大，给地表造成很大的压力，容易产生地表沉降现象，如果地下土质比较松软，或者土层中的含水量较大，沉降现象就会更加明显。所以，在施工的过程中需要不断监测地表的沉降情况，保证沉降程度在可控范围之内，避免发生重大事故。
1地铁盾构施工工艺原理
地铁盾构施工主要是利用盾构作为掩护，实现在其下方进行持续的地层开挖和管片衬砌支护等施工。盾构施工应用的盾构机主要由盾构壳体、人闸系统、铰链装置、管片拼接机、膨润土设备、刀盘、螺旋输送机、盾尾密封、管片整圆器以及盾构推进、刀盘驱动、泡沫发生、数据采集、隧道导向等设备和系统共同构成。主要施工工序是盾构安设、土体开挖、衬砌拼装、盾构拆卸和防水等。盾构施工主要依据地铁规划设计图纸，选择隧道某处采取明挖法进行基坑开挖，之后在基坑中安装盾构机。
2地表沉降的机理及导致原因
2.1施工用水后干燥引起沉降
在施工的过程中采用降水的方法来保证施工作业面的干燥，采用盾构法作业时可能会出现排水、堵水的问题，通过采用降水的方法后可以有效增加土壤中的含水量，进而增加有效应力，但是施工完毕后土壤会发生固结，进而产生沉降。
2.2地层损失
在地铁隧道施工过程中，盾构施工必然会对周围土体造成扰动，进而导致一定范围内出现土质松动现象，最终导致地层损失。对相关理论与工程实例进行总结与分析可知，导致地层损失的因素主要包括：开挖面出现土体移动、盾构后退、土体进入盾尾孔隙中、推移方向出现改变、盾构移动过后造成地层摩擦、土体压力导致衬砌出现变形、初衬沉降较大等。
2.3填充盾尾不充分造成的地表沉降
利用盾构法进行施工时，如果地表的土层具有一定的不稳定性，那么盾尾处的工程就需要使用混凝土进行严密的填充，如果填充物与设计要求不符，就会引起地表的沉降。特别是在轨道弯曲的部位使用盾构法会产生大面积的超挖，导致盾尾处空隙更多、空间更大，填充过程中可能会产生不完全填充现场，进而引起地表的沉降。
2.4地下水流失
深埋隧道施工过程中，地层损失导致地面沉降，对建筑物中的端承桩带来了较大的影响。而地下水流失会导致当地的地下水位下降，对周围建筑物浅基础带来较大的影响，同时，对长度稍短一些的摩擦桩带来危害。特别在桩基基础下方存在较大间隙的中粗砂地层时，会带来较严重的地层沉降。如果采用土压平衡形式的盾构机实现盾构，会使拱顶同步注浆不密实，进而造成拱顶位置顺着地铁隧道方向出现水利连通。一旦盾构机长时间不进行盾构掘进，极易导致地下水沿盾构机掘进反方向不断流出到开挖面，最终使地下水出现大量的流失。如果地层出现较大起伏、地层中具有地质钻孔或封孔质量不合格，均会导致地层和上部地层出现水利通道，使隔水层出现贯通现象，最终导致地下水位出现下降。
3控制地表沉降的措施
3.1适当加大两隧道间距
当两隧道的间距≤3倍隧道的宽度时，就会造成地表沉降的叠加作用。如果开挖的土壤性质比较软弱，会产生更大程度的沉降，所以在实际工程操作的过程中开挖间距最好控制在30m以上。
3.2提高初期支护作用
在初期支护完成后，由于地表以及工程需要一个稳定的过程，支护也会随之发生变化，所以在进行初期支护施工时，应该尽量加大支护的支撑，主要是采取严格按照设计强度进行注浆、加强支护的密度、增大支护的直径等手段。
3.3掘进控制技术
掘进作为整个盾构施工中的重要环节，保证掘进过程土体的稳定是影响掘进质量的重要的因素。在隧道埋深较浅和围岩基础失稳的情况下，施工人员应对地质情况有充分的了解，并根据实际情况制定施工方案，并利用朗金理论对被动土压力与主动土压力进行相应的计算。施工过程中土体出现变形是不可避免的，对部分精度要求较高的隧道进行施工时，必须保证主动土压力始终比盾构推进力小，使土体不断朝开挖方向滑移，尽量防止地表出现沉降。
3.4管片拼接技术
管片拼接质量对整个掘进质量有决定性的作用。管片通常在盾壳内部完成拼接过程。目前使用的盾构机管片有钢管片、钢筋混凝土管片、球墨铸铁管片以及复合管片等，并且隧道的每环均由大量的零碎管片共同构成。根据实际工程情况，拼装方式的选择会有所不同，例如，使用环管片以纵缝对齐方式进行拼装，可以快速完成管片定位，保证纵向螺栓方便地通过，并且显著提高施工效率。
3.5管片衬砌背后灌浆技术
管片衬砌背后灌浆技术直接影响这盾构施工的质量。当施工所处地层具有较好的自稳能力时，需采取同步注浆的方式。要保证壁后注浆具有足够的防水性与密实性，并在同步注浆基础上根据实际情况进行二次注浆，以确保注浆质量与安全，防止隧道出现漏水问题，保证建筑间隙得到良好的填充，尽可能地避免地层出现移动，使地层损失情况得到改善，地表沉降变形也会随之减少。
4工程实例对比分析
工程实测数据以昆明轨道交通某盾构隧道区间2013年4月24日10时和16时左右盾构区间右线隧道地表沉降实测数据为对照。实测数据表明：在盾构刀盘位置处地表出现6mm左右沉降；在掘进方向前方10m范围内出现地表超前沉降；10m～20m范围内出现2mm左右的地表隆起。模拟计算结果显示，模型开挖至第20环（24m)时，在掘进面前方0～8m（24m、25.2m、27.6m、30m、31.2m)范围内出现地表沉降现象，且距开挖面越远，沉降值越小；在9m～20m（32.4m、34.8m、36m、38.4m、42m)范围内出现地表隆起，位移图见图9，隆起值在1mm左右。且随着距开挖面距离增大，地表隆起值减小。将隧道开挖至20环时模拟值与实测值进行对比，见图10。纵断面地表沉降均呈反“S”趋势，由模拟计算得到的纵断面地表沉降规律，与实测规律基本一致。仅在具体沉降数值之间有一定差异，究其原因主要有方面，一方面由于模型建立时对工程环境进行的一系列有效简化，另一方面由于计算时只考虑了盾构掘进过程土体应力释放和掌子面施加支护力对地表沉降的影响，忽略了其他引起隧道地表变形的因素。
结束语
地铁施工中，盾构法具有稳定、对环境的影响小等优点，但也会存在地表沉降的问题。因此，在施工中可以采取必要的措施，尽量减少地表的沉降，避免造成建筑物破坏等损失。通过本文的分析和研究，可以通过以下方式来尽量解决地表沉降的问题，即不断提高盾构法的施工技术，通过更加科学先进的技术减少盾构过程对地表的破坏力，提高施工后的稳定性。
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论文作者:孔德智
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
标签：盾构论文; 地表论文; 管片论文; 地层论文; 隧道论文; 地铁论文; 工程论文; 《基层建设》2018年第30期论文;