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摘要：隧道技术的进一步发展，使盾构隧道逐渐成为软弱岩土层地下工程项目施工的重要施工措施。尽管盾构施工技术在不断改进，但在实际施工过程中，造成的地层位移问题并没有得到很好解决，因此研究地铁盾构隧道施工的地表沉降问题有着重要的现实意义。本文以某工程项目为例，对地铁盾构隧道施工过程中的地表沉降问题进行分析。
关键词：地铁隧道；盾构法；地表沉降
引言
随着科技与经济的发展，隧道盾构机已广泛应用于隧道施工。虽然盾构施工对环境影响小；施工不受地形地貌、地表环境条件的限制；地表占地面积小；使用范围广，可用于多类地层等优点。但施工中隧道上方一定范围内的地表沉陷难以完全消除，由于某些原因导致地表沉降过大，造成周围建筑物大量损坏，给人民财产带来重大损失，也严重影响周边坏境。因此，研究盾构施工引起的地表沉降问题有着非常重要的意义。
一、地表沉降的原因
（1）隧道开挖破坏了地层原来的平衡状态并使周围土体受到扰动及地下水位的变化导致地层原始应力状态的改变，造成土体变形与地表下沉。
（2）盾构施工中辅以降水法时，在井点管四周形成漏斗状曲面，漏斗外围地下水流动补给而产生动水压头，出现土中有效应力增加，产生固结沉降。
（3）当向盾尾和衬砌之间的建筑空隙中注浆不及时或注浆不足时，均会造成盾尾隧道周边土体向盾尾环形空隙移动而引起地表沉降。
（4）盾构掘进时，开挖面土体受到的水平支护应小于原始侧向应力，则开挖面土体向盾构内移动，引起地层损失而导致盾构上方地面沉降。
（5）改变推进方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头或叩头推进过程中，实际开挖断面不是圆形而是椭圆，因此引起地层损失。
（6）隧道衬砌结构及接缝防水处理不当或施工质量差而出现隧道渗漏点，导致水土流失，出现严重不均匀沉降。
二、工程案例
广州地铁六号线某区间遂道是双线隧道，覆土厚度在10～25m之间；地面以下3.0m左右含有地下水，施工采用的盾构机是德国生产的，也就是常见的土压平衡复合式盾构机，利用钢筋混凝土管片衬砌隧道内衬，保证一次成型，按照一定的原则来进行管片拼接，将膨胀胶止水条应用到管片接缝。
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三、现场监测的结果与分析
3.1 合理布设地表沉降观测点
在施工过程中需要将地表测点合理地布设于左右线隧道上方地表中，地表测点之间的距离控制在5m左右，沿着隧道中线的方向进行布设，可将横断面布设于左右线的地面环境中，要选择合适位置，两个横断面之间的距离一般保持在30m左右，对盾构机掘进所导致的沉降坡度及其他的影响等进行观测。还需将水位孔合理地布设于隧道的两侧，以对地下水位的变化进行了解。
3.2 地面沉降监测结果分析
3.2.1纵向地表沉降方面
（1）控制沉降的关键是即时注浆参数的调整，如在中风化地层中，若即时注浆填充率在1以内，地表沉降在10mm左右，最大值在22mm左右；当即时注浆参数达到1.2左右，就会降低地表沉降，其数值一般在5mm以内。在强风化地层及全风化地层中，若注浆填充率在1.2以内，地表沉降值就在25mm左右；但当注浆填充率在1.3以上时，沉降值就会降低到5mm左右，也就控制了地表沉降。
（2）地质条件会在很大程度上影响到沉降的大小，若地层相对较软弱，并没有较好的稳定性，就会有较大的地表沉降。本次工程中因中风化地层有着较好的自稳性，在开挖时采用的是敞开模式，也没有产生多大的地表沉降，一般都在7mm左右，最大时达到过20mm；而在开挖强风化地层及全风化地层时，虽然采用的开发模式是土压平衡模式，对沉降可进行一定程度的控制，但仍有着很大的沉降值，均值会达到16mm左右，最大时会达到50mm。
（3）要想控制地层损失，减小地层变位，就要对盾构掘进参数进行修正，建立有效的土压平衡。在盾构始发阶段，土仓压力开始增加，但未能和盾构前方地层的压力构成一种平衡，就会增大地表沉降。
3.2.2横向地表沉降方面
（1）隧道轴线6m范围内是盾构掘进的主要影响区域，沿着线路中线，不对称的分布沉降曲线，线路中心的沉降值最大；沉降槽体积的70%都在距隧道轴线3m的范围内。在这一范围内中风化地层中，沉降平均值在2.6mm左右，而在全风化地层中，却达到14mm。而在距离隧道轴线5m左右的范围内，中风化地层沉降均值在2mm左右，全风化地层中沉降均值在11mm左右。距离隧道轴线3m范围以内是主要沉降区域，而5m左右的范围内则是次要沉降区域。
（2）判断盾构掘进对地层影响程度的关键在于地层条件。以本试验段为例，在中风化地层中，地表的最大沉降为4.5mm，距离隧道中线14m左右的范围会受到影响。在全风化地层及强风化地层中，增大地表沉降，通过观测可以发现最大的地表沉降值达到15mm，沉降范围也得到增大，延伸到隧道中线30m的距离内。
（3）软弱地层对地表有着较大沉降的是后建隧道掘进。在右线轴线地表沉降方面，在中风化地层方面，总沉降值的15%左右是左舷掘进时引起的沉降值，说明左线掘进只有很小影响。而在全风化地层及强风化地层中，总沉降的25%左右都是左线掘进沉降引起的沉降值，在某些地段，这个数字还会继续往上升，甚至可以达到50%以上。
（4）控制沉降的关键阶段就是盾构通过和盾尾脱出后沉降。盾构通过和盾尾脱出阶段，有着较大的地表沉降值和沉降速率。在中风化地层中，盾构通过阶段地表沉降值在0.6mm左右，盾尾脱出阶段的地表沉降值在1.2mm左右，前者占到地表总沉降值的15%，后者占到地表总沉降值的34%。在全风化地层及强风化地层中，盾构通过阶段的地表沉降值为4.3mm，盾构脱出阶段的地表沉降值在7.0mm左右，前者占到地表沉降值的25%，后者占到地表沉降值的45%。
（5）在土压平衡模式方面，盾构到达及盾构通过时，升高地下水位有0.2m左右，盾尾通过后，孔隙水压力逐渐的消散，降低了地下水位。水位降低的数值为0.12m，在左线涌水的影响下，水位下降数值可达到1.5m。若采用的是敞开模式，地下水位就会一直下降，就会损失较大的地下水，有部分地段的水位下降的数值甚至可达到5m，虽然最终会恢复到原来的水位，但地表沉降一定会在很大程度上受到地下水位下降的影响。因此在具体施工过程中，需要对隧道涌水进行严格控制。
结束语：地铁隧道盾构法引起地表沉降的因素是多方面的，为保证掘进施工进度、质量，必须根据掘进处的地质情况确定合适的掘进模式、掘进土压力、注浆方式和时机、注浆量和压力等，在施工时必须加强对造成沉降因素的监测，使沉降得到有效控制，达到小于规范的允许值。
参考文献
[1]李庆，杨璐，王场.地铁隧道盾构施工引起地表沉降 分析[J].企业技术开发，2011.
[2]何刚.地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析[J].城市建设理论研究，2011
论文作者:邓明明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/26
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