中铁隧道集团二处有限公司 河北省三河市 065201
摘要：文章对地铁隧道盾构施工中出现地表沉降的过程进行总结，分析地铁隧道盾构施工中出现地表沉降的原因和影响因素，并针对性提出相应的地表沉降防治措施，以供参考。
关键词：地铁盾构施工；地表沉降；防范
1引言
随着我国经济的快速发展，我国的城市轨道交通等基础设施建设也得到了较大的发展，目前在城镇化进程不断加速的形势下，城市交通堵塞现象不断加剧，为了缓解城市交通压力，我国开始大力发展城市轨道交通事业，其中在地铁隧道施工中，使用盾构机进行盾构隧道施工是目前较为常用的方法，此施工技术具有较高的自动化程度，而且施工速度快、施工安全性高、对地上建筑和交通的干扰较小，且具有较强的地层适应能力，所以被广泛应用于地铁隧道施工中。但是在软弱地层或在施工中出现盾构施工参数与地质条件不匹配的问题，就容易引发地表沉降，对周边道路和管线及构筑物等造成影响，所以需要分析地铁隧道盾构施工中的地表沉降原理，研究引起地铁隧道盾构施工中地表沉降的原因，并寻找相应的预防措施。
2地铁盾构导致地表沉降的过程
在地铁隧道盾构施工中，在不同的地层中进行盾构掘进施工中引起的地表沉降表现出不同的特征，但是总结不同地表沉降的过程，可以分为以下五个阶段：一是先期沉降阶段。此阶段主要发生在地下水位较低的地层中，随着在盾构施工中地层中的孔隙水压力的逐渐减小，在围岩的应力作用下而导致地层不断下降，从而引发先期沉降问题；二是开挖前地层的沉降与隆起。此阶段主要发生在对施工操作面的不断施压过程中，随着压力的不断增大，地层会出现隆起现象，而如果此时压力逐渐减小则会出现地表沉降问题；三是盾构通过过程中的地表下沉阶段。此阶段主要发生在盾构施工过程中，主要是由于盾构机的掘进和围岩土体之间剪切的错动而引起的地表沉降；四是盾构空隙的沉降阶段。由于盾构机在设计时在滚刀与壳体之间留有空隙，在盾构机掘进过程中围岩土体会失去支撑力，而此空隙中还没有注入岩浆时会导致围岩在自重作用下进入空隙而引发地表沉降；五是后期沉降阶段。此阶段的地表沉降主要是由于结构变形、空隙水位下降以及地层扰动等多种因素引起的。
3地铁盾构隧道沉降的原因分析
3.1盾构施工对土体的扰动因素
在软弱地层中采用盾构施工容易由于盾构机的掘进扰动而引发地表沉降问题，主要的扰动因素包括以下几个方面：一是对地铁隧道开挖面下的土体造成的扰动；二是在盾构施工掘进过程中，对盾尾空隙的压降不及时或者不充分而造成的扰动；三是当盾构机在曲线施工时或者在纠偏施工的过程中造成的超挖现象而引起的扰动；四是盾构机在掘进施工过程中，盾壳对周围土体造成摩擦和剪切时对周围土体造成的扰动；五是盾构机在掘进过程中对土体造成挤压推进时造成的扰动。在地铁隧道盾构施工中，当对土体造成以上几种扰动时，会在隧道周围形成部分超孔隙水压力区域，而随着盾构机的掘进，当盾构机离开此区域时，周围的土体由于没有支撑力的作用，在其自重作用下会造成应力释放而引起地层位移场和应力场的重新分布，因此会导致出现一定程度的初始沉降；此外，随着超孔隙水压力的的不段消散，当水位下降之后地层会由于缺水而出现固结变形，因此会引起隧道出现固结沉降问题；不仅如此，周围土体中的饱和软黏土还存在一定的流变特性，当其受到扰动之后就会破坏其颗粒的骨架结构，减小颗粒之间的空隙大小，因此引发软黏土出现蠕变变形的现象而造成次固结沉降问题。
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3.2土层性质的影响
由于地铁隧道的长度较长，其所经地区的土层性质也会有所不同，由于上文中所介绍的隧道盾构施工中对土体造成扰动时会引发不同程度的固结和次固结沉降问题，但是由于不同土层性质中的沉降量会有所不同，而且到达沉降稳定所需的时间也会有所差异，这样就容易引发地铁隧道中出现纵向差异变形的发生。经过对不同土层性质对沉降量的影响可知，具有较低的压缩模量以及较高灵敏度的饱和黏土下卧层在受到扰动之后的沉降量较大，且达到沉降稳定所需的时间较长，反之亦然。
3.3外界环境的影响
如果在地铁隧道施工区域附近有其他工程正在建设施工，容易引起荷载发生变化而降低隧道下卧土体的抗力以及压缩模量，随着次固结沉降的进行会导致土层出现较大的压缩范围，从而对隧道产生附加的横纵向变形。此外，隧道施工区域周围如果存在基坑开挖施工，基坑围护的侧向位移和坑内隆起都会引起基坑外的地层出现沉降并造成地层应力场的变化。如果相邻较近距离内存在其他的地铁隧道施工，会加剧对土层的扰动和出现沉降的概率和程度。不仅如此，当地铁工程投入运营之后，车辆在行驶过程中会对隧道结构产生周期性的振动荷载，此振动荷载不仅存在与隧道结构的固有振动频率相同而引发共振的可能，而且也会引起隧道出现不均沉降的问题。
3.4其他影响因素
在隧道施工过程中，如果隧道管片或接头部位出现连接或密封问题，泥水会通过这些出现问题的缝隙中渗漏近隧道内部而引起沉降问题。而随着隧道差异沉降的不断发展，就会不断增加隧道环纵缝的张开度，所以会导致渗漏问题的加剧，造成隧道不均匀变形和沉降的恶性循环。
4做好地铁盾构施工地表沉降的防范措施
为了在地铁隧道盾构施工中对地表沉降问题进行有效预防，首先要在施工之前对工程区域内的土层性质以及沿线建筑物、车流以及其他工程施工等情况进行综合考察，对可能影响地铁隧道施工中出现地表沉降的因素进行统计和分析；其次是在盾构机施工之前根据隧道施工的深度、土层性质等对地层土压力、地下水压力和预备压力等参数进行计算和确定，然后结合工作经验进行盾构机施工参数的设置；再次是对盾尾注浆材料的配比以及注浆时的压力和注浆量等参数进行合理计算和确定，并且随着盾构掘进的进行而技术对盾尾的衬砌背面环形建筑空隙进行注浆作业，从而有效避免或降低出现地表沉降或隆起的概率；最后在地铁隧道盾构施工过程中，应采取有效措施对地表沉降状况进行监测，根据实际的测量数据分析地表沉降的规律，并寻找引起地表沉降的原因，然后及时进行盾构参数等的调整，已达到对地表沉降问题进行控制的目的。
5结语
在地铁隧道盾构施工中，由于施工中各种因素引起的土体扰动、以及不同土层性质的影响，外界环境以及泥水渗漏等问题的影响等，会导致出现地表沉降问题而影响地铁隧道的正常施工以及施工安全和质量，所以需要对地铁隧道盾构施工中影响地表沉降问题的因素进行总结，并在施工之前进行严格考察和盾构参数的计算与确定，并在施工中及时进行注浆作业，加强对地表沉降的监测，确保地铁隧道盾构施工的安全。
参考文献：
[1] 邱明明, 杨果林, 吴镇清,等. 双孔平行地铁隧道盾构施工地表沉降分布规律研究[J]. 现代隧道技术, 2017, 54(2):96-105.
[2] 潘勇, 刘玉勇. 砂卵石地层地铁盾构隧道施工地表沉降变化规律及影响因素[J]. 四川建筑, 2016, 36(6):111-112.
论文作者:窦成功
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/8/2
标签：盾构论文; 隧道论文; 地表论文; 地铁论文; 地层论文; 土层论文; 过程中论文; 《防护工程》2018年第5期论文;