摘要：当前盾构法已成为我国地铁隧道施工中一种重要的施工方法,被广泛应用于地铁施工中。从过去的施工经验来看，施工过程中所带来的地表沉降是不可避免的。在盾构施工过程中采取相应的控制措施是为了确保地表沉降在合理的范围的，保证盾构施工的安全和地铁线路的正常运营。文章概述了不同施工阶段地表沉降特点，分析了盾构施工地面沉降控制原因，并提出了相应的控制措施。
关键词：盾构施工；沉降原因；控制措施
引言
地下铁路是现代城市交通体系重要的组成部分，在城市建设、经济发展和提高人民生活水平方面发挥了重要作用。由于地铁主要设施位于地面以下，使得地下施工成为地铁建设工程的主体。在地铁地下施工过程中，地面沉降、塌陷和开裂等问题时有发生，不仅造成城市环境破坏，也给地铁工程自身带来巨大安全隐患。在地铁工程中，盾构结构施工往往会引发地表沉降现象，针对地铁盾构施工地表沉降问题进行深入研究，制定安全防范措施，对应数量和规模不断呈现上升趋势的地铁工程来说无疑是十分重要的。
一、不同施工阶段地表沉降特点概述
随着地铁盾构施工的不断推进，因其引发的地表和土体沉降也在不断发生着变化，根据施工进展，与其对应的地表沉降也随之分为五个发展阶段，即初始沉降、开挖面前方变形、盾构通过时、盾尾空隙沉降、后续沉降。
1、初始沉降阶段
当盾构机运转挖掘前进时，地下水流原有结构发生破坏，地下水位发生下降，从而导致附近一定范围内地面发生沉降，从开挖路线前方某处发生沉降，直至挖掘面到达该处，这一过程的沉降称之为初始沉降阶段。
2、开挖面前方变形阶段
当挖掘面逐渐接近前进路线上某处时，在距离该点几米时，会导致该处附近地面发生沉降和隆起，这一现象从出现直至挖掘面到达该处这一过程称之为开挖面前方变形阶段。导致这一现象的原因是盾构机推力不稳定，开挖面土层压力忽高忽低，不断发生变化造成的。
3、盾构通过时沉降阶段
从开挖面到达前进路线某处，直至盾尾到达该处，这一过程中发生的沉降称之为盾构通过时沉降。导致其发生的原因是盾构机经过时对土体造成的剧烈扰动。
4、盾尾空隙沉降阶段
当盾构机盾尾经过前进路线上某处时，由于盾尾间隙内的土体突然失去来自盾构的支撑作用，或者由于管片壁后没能按时施工要求进行注浆导致附近土壤应力释放都会造成沉降发生。这一阶段的沉降称之为盾尾空隙沉降。
5、后续固结沉降阶段
盾构机经过以后，经受扰动的土地发生固结和蠕变后续实效变形造成的沉降称之为后续固结沉降。
二、盾构施工地面沉降的影响因素
1、注浆
在盾构推进中地层沉降控制效果受到注浆的影响。注浆包括注浆压力、注浆量、有效注浆范围、加固体的强度提高程度、后挖隧道对其产生的扰动等诸多因素的综合制约，注浆对改良地层性状、有效降低地面沉降可起到积极的控制作用。
2、盾尾建筑空隙
当盾构刚开始顶进土体，管片尚未脱出盾尾时，周边土体紧贴盾壳外周表面，盾尾建筑空隙可以认为为零。当盾构继续向前推进，盾尾环状钢壳随着盾构千斤顶顶出而前移，致使第一环管片脱出的瞬时，在周边土体和管片外侧之间形成空隙在没有及时注浆的情况下周边土体势必因失去受力平衡而产生位移、塌落，直至填满所有空隙并达到新的应力平衡状态。
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3、地表硬壳的影响
现场测试和理论计算均表明盾构推进的正常情况下浅表层与深层土体沉降是一致的，但深层土体沉降量大，对施工较为敏感。城市地丧表层往往存在坚硬的混凝土地坪、柏油路面层等，具有比下覆土层大得多的变形模量、抗弯刚度及抗变形能力，因而导致地面沉降量远远小于深层扰动土体的沉陷量，易造成地层沉降小的假象，同时因硬壳层和下伏地层的脱开、孔隙扩大而带来潜伏的隐患。
4、其它因素对地面沉降的影响
盾构施工中的一些技术问题，如盾构纠偏、盾构临时停顿或后退及推进速度、出土量的变化等，都对地表沉降有影响。但这些因素较复杂，有的影响是局部的。
三、盾构施工地面沉降控制措施
1、地基变形预测与监测
为了能很好地减少地基的变形，盾构推进前，首先得进行预测，方法是依据过去的实际和有限单元法等，根据预测结果再设定管理基准值，与此同时在推进时需要设定监测点，地点在隧道中心向上的部分及其两侧的范围内，当地表沉降监测显示沉降量过大时，需要暂时停止出土，建立土压平衡，加大同步注浆或进行二次注浆，同时要进行水准测量，并调整施工及其参数依据监测的结果，总结这次的经验以方便后面的施工需求。总之，施工时地层的变化是导致盾构法施工地基变形的主要原因。加之地基的变形产生是一个过程性的，因此只要及时补偿地层的损失就可达到控制地层的损失的目的。
2、开挖过程中水土压力不均衡防治措施
土压平衡式盾构和泥水加压式盾构的控制措施有所不同，前者可通过调整推进速度、螺旋式排土器的转速、另外可根据需要注入适当的添加剂来增加开挖土的塑性流动性，从而使压力舱内不产生空隙；后者则是根据围岩的透水性来调整泥浆性状，并进行泥浆管理，使压力舱压力始终对应于开挖面的水土压力。
另外通过控制出土量、土舱压力可达到控制开挖面前部下沉或隆起目的。对总的沉隆控制很有意义，也可根据实际研究需要采用辅助施工方法，在保证开挖面稳定管理的同时也保证围岩的稳定。
3、推进中围岩扰动防治措施
在施工中，尽量不扰动围岩，目的都是为了减少推进中盾构与围岩之间的摩擦，所以盾构姿态必须得控制好，以防发生盾构偏转、横向偏移，同时减少超挖量，在盾构姿态发生偏差时，应仔细检查并纠正。
4、盾尾空隙下沉与壁后注浆引起的地基隆起防治措施
盾构法施工产生沉隆的一个很重要的原因就是盾尾空隙下沉、壁后注浆引起的地基隆起，所以必须对其严格控制。根据围岩状态来选择渗透性好、固结强度大的壁后注浆材料，并尽量与盾构推进，同时进行壁后注浆，即采用同步注浆，推进过程中及时进行足量注浆，保证注浆的数量和质量就能有效地控制沉降，另外还应根据需要进行二次注浆控制下沉降低。
5、一次衬砌变形防治措施
为确保管片组装精度，需使用形状保持装置如保圆器、对接头要做到充分紧固、螺栓要两次紧固，其目的是都可防止管片环变形。
6、地下水位下降防治措施
为了防止从管片接头壁后注浆孔等处漏水，必须仔细进行管片的组装及防水作业，做好连接螺栓的紧固工作，施工过程中，盾构机的螺旋输送器盾尾密封刷等，必须保持良好的密封性能，防止失效漏水，对完成施工的隧道渗漏水，必须及时采取措施进行堵漏。盾构法施工的不同阶段会有不同的工况，必须有针对性地采取措施把沉降控制在最小限度以内。
结束语
总之，地铁盾构施工造成的地表沉降问题无法完全避免，但在对沉降机理和影响因素的深入分析的基础上，可以通过科学有效的措施予以控制和减轻。随着我国城市现代化建设步伐的逐步加快，地铁工程建设事业必将迎来更大的发展空间。技术人员要认真分析地下施工对周边城市环境的影响，不断开发出效果更好、成本更低、更加简便易行的控制措施，确保地铁施工的顺利进行和城市生活的和谐安宁。
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论文作者:刘新
论文发表刊物:《基层建设》2016年28期10月上
论文发表时间:2016/12/12
标签：盾构论文; 地表论文; 管片论文; 注浆论文; 地铁论文; 空隙论文; 围岩论文; 《基层建设》2016年28期10月上论文;