摘要：盾构法施工是一种安全高效的隧道施工方法，具有施工速度快、洞体质量相对稳定、以及对周围建筑物影响较小的特点，所以在城市地铁中得到了广泛的应用。本文简要说明了盾构法施工原理，并浅谈了其施工技术特点和发展前景，分析了隧道施工中地面沉降的原因，提出了一些盾构施工地表沉降的控制措施。
关键词：地铁隧道；盾构法施工；地表沉降；
一、城市隧道盾构法施工的原理分析
隧道盾构法施工就是在盾构的掩护下，联系安全的进行地层开挖和管片衬砌支护工作，其基本构造包括盾构壳体、刀盘、铰接装置、人匣系统、螺旋输送机和保压泵喳装置、数据采集系统、同步注浆系统、后配套设备等部分。在盾构法施工时，先要根据第一规划设计，在隧道某段的一端用明挖法建造基坑，然后再其内安装盾构机，当盾构就位后，先向开挖面掘进相当于装配式衬砌宽度的土体，在安装盾构反力架等设备，从而形成外部支撑，再在盾壳的掩护下利用千斤顶将切口环向前项入土层进行地层开挖和装配衬砌，随后盾构靠顶在已瓶装好的衬砌环上的千斤顶向前的推力来克服盾构掘进中多遇到的地层阻力，保持盾构能均匀连续前进。
二、隧道盾构法施工技术的特点及发展前景
盾构法施工原理是：尽可能在不扰动围岩的前提下完成施工,从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响。
盾构施工技术有以下特点：（1）可在盾构设备掩护下安全地进行地下开挖与衬砌作业；（2）施工时可不影响地面交通及河道航运；（3）施工时的噪音和震动引起的公害小；（4）其机械化与自动化的程度高,劳动强度低；（5）多车道的隧道分期施工、分期运营,可减少一次性投资；（6）施工精度要求高；（7）盾构机设备施工过程中不可后退。
在国外,盾构隧道施工技术已发展细化为大量、复杂的施工技术,但我国必须根据国情引进、吸收国外这些新型技术。就目前我国盾构技术现状而言,一些问题的解决、新技术的开发将成为当务之急,主要有以下几点：（1）盾构机的国产化问题；（2）长距离盾构掘进施工技术；（3）大直径或异型盾构施工技术；（4）复杂地层盾构机适应性；（5）管片技术。盾构技术的发展日新月异,新技术层出不穷,而新技术能否得到应用的决定性因素就是造价问题,即经济性问题。
三、引起地铁隧道施工中地面沉降的原因分析
3.1地下水流失造成地面沉降
当盾构机器长时间停止掘进作业时，地下水很容易会从盾构机的后方流向开挖面，造成地下水流失。而当地层起伏较大时，或者是地层存在地质钻孔、封孔的质量不良时，就会容易和上部地层造成水力通道，贯通隔水层就会引发地下水水位的下降。另外，含水量较大的地层中，盾构机的停止掘进也将导致开挖面较大的水量流失。而当地铁隧道上层的土层覆盖较浅且土质较松散，且存在未封堵的地质钻孔时，由于形成上下连通的水力通道，当盾构机推进后，对下水就会迅速下降，造成地表沉降。
3.2受扰动土体的重新固结
推进中孔隙水压变化、土体扰动后重新固结、管片渗漏水、压浆材料凝固收缩等引起土体固结沉降。由于盾构推进中的挤压作用和盾尾压浆作用等因素，使周围地层形成正值的超孔隙水压区，其超空隙水压在盾构隧道施工后的一段时间内消散复原，在此过程中地层发生排水固结变形，引起地面沉降。可见，地表变形的大小取决于地层和地下水条件、隧道直径、埋深和施工条件等。
3.3地层损失
所谓四层损失就是盾构施工中实际开挖土体体积和竣工隧道体积的差。而竣工隧道体积包括隧道外围包裹的压入浆体体积。周围的土体在弥补地层损失中，发生地层移动，造成地面沉降。引起地层损失的施工因素有一下几点：
（1）开挖面土体移动。在盾构掘进时，开挖面的土体会受到水平支护应力小于原始的侧向应力，这是，开挖面土体就会向盾构内移动，从而引起地层损失，导致盾构上方地面发生沉降。而当盾构推进时，如果作用在正面土体的推应力大于原始的侧向应力，那么正面土体就会向上向前移动，引起负地层损失，使得盾构前上方土体隆起。
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（2）盾构后退。在盾构暂停推进时，由于盾构推进千斤顶漏油回缩，就可能会引起盾构后退，并会使开挖面土体松动或坍塌，造成地层损失。
（3）改变推进方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头推进或者叩头推进过程中，实际开挖断面不是圆形而是椭圆的，所以会造成地层损失。当盾构轴线和隧道轴线的偏角越大，就会对土体扰动和超挖程度及其引起的地层损失也越大。
（4）土体挤入盾尾空隙。由于向盾尾后面隧道外周建筑空隙中压浆不够及时，且压浆量不足，压浆压力不适当，就会使盾尾后坑道周边土体失去原始的三维平衡转态，从而会向盾尾空隙中移动，造成地层损失。在含水不稳定地层中，这往往就是引起地层损失的主要因素。尤其是盾构在粘性土中推进时，盾构的外周围就会附着一层粘土，盾尾后隧道外周围圆形空隙就会有较大量的增加，如果没有有效增加压浆量，地层损失就会大量的增加，因此，在设计施工中要充分考虑到。
四、盾构施工地表沉降的控制措施
4.1掘进模式的选择
地层条件不一样，选择的掘进模式也就不一样。为了使盾构机的应用更加广泛，一台盾构机可以通过自身的转换能实现土压平衡、半敞开式、敞开式三种模式。不同模式对应的施工参数也不一样，而地质条件千变万化，如果模式选择不恰当，势必会产生很大的地表沉降。
4.2盾构在曲线上推进及盾构纠偏
盾构在曲线上推进时，土体对盾构和隧道的约束力差，盾构轴线较难控制，因此推进速度要放缓，纠偏幅度不要过大，加大注浆量，加强纠偏量测等工作，以减少地层损失。
（1）在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快。
（2）根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。达到警戒值时就应该实行纠偏程序。
（3）蛇行修正及纠偏时应缓慢进行。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。
（4）推进油缸油压的调整不宜过快、过大。调整不同编组千斤顶或调整各千斤顶区域的工作油压，调整推力合力的作用位置，减少偏心力偶矩。用控制盾构纵坡达到调整高程位置，控制两边对称千斤顶行程差来调整平面位置差。
4.3衬砌接缝防水
接缝漏水使隧道周围地层孔隙水流失，土体有效应力增加，引起地层再压缩固结，从而引起地表沉降。可以在施工中采用多孔型三元乙丙弹性橡胶止水条，在千斤顶推力和螺栓拧紧力的作用下，使得管片间的三元乙丙弹性橡胶止水条的缝隙被压缩来起防水的作用。
五、结束语
总之，随着社会经济的飞速发展，地铁的数量越来越多，在地铁隧道施工中，进行地铁隧道盾构法施工时，应当严格根据安全注意事项进行施工，并对盾构施工中的地面沉降问题进行合理的预测和防范，只有这样才能保障施工的安全。
参考文献
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[5]孙佳.盾构法施工在过江隧道中的风险及应对措施刍议[J].价值工程，2014，（13）：143-144.
论文作者:樊伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/4
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