湖北省城建设计院股份有限公司 湖北省 武汉市 430000
摘要：地铁交通在我国正处于发展阶段，由于盾构施工法的安全性和先进性，盾构技术在城市地铁隧道施工中得到越来越广泛的应用。同其他施工方法一样，由施工引起的地表沉降及对周围环境的影响是盾构法施工的一个重要问题。本文对地铁盾构施工引起的地表沉降进行探讨。
关键词：地铁；盾构施工；地表沉降
1地铁盾构施工引起的地表沉降概述
1.1地表沉降理论
采用盾构法对地下隧道施工开挖时，周围的岩土层会产生应力释放效应，而这种释放会对地层产生变形，最后引起地表面建筑物的形变和位移。如果任其施工位移和变形的发展，将会影响地表面的管道和其他基础设施的安全。尤其是在城市市区，这种影响更为明显。地下隧道开挖施工产生沉降的示意图，如图1所示。
1.2土层沉降阶段分析
地下铁路隧道施工引起的土层沉降可分为5个阶段：超前沉降、到达沉降、通过沉降、盾尾过后沉降和后续沉降，如图2所示。
2盾构施工中地表沉降的原因与影响因素
2.1地表沉降的原因
（1）地层原始应力状态的改变。盾构掘进时开挖面土体的松动和坍塌，地下水位的变化，都会导致地层原始应力状态和土体极限平衡状态的改变，从而引起地层沉降。
（2）土层损失。出现土层损失主要是因为盾构施工必然会存在实际开挖土体体积和竣工隧道体积的差值，这种差值的出现就会造成地层损失。实际开挖土体体积之所以会与竣工隧道体积有差别，其原因就是开挖土后势必会导致周围土体不断填补出现的损失，这样就会引起地层移动，导致地面沉降。
（3）地铁衬砌管片结构变形及土体的次固结和流变。
（4）随盾构推进而移动的正面障碍物，使地层在盾构通过后产生空隙而又未能及时注浆引起的沉降。
（5）土体扰动后重新固结。随着盾构的不断推进，会对土体造成挤压，而且，在压浆的作用下，周围的地层会形成超孔隙水压区，其会随着施工的推移而消散，还原，这一过程对于地层的影响很大，很容易发生排水固结，导致变形，形成地面沉降。简而言之，就是由于土体扰动后重新固结等因素造成的变形和沉降，为了改变现状，需要充分了解地层条件、隧道直径等内容，并制定完善的施工要求。
2.2地表沉降的影响因素
（1）土体性质的影响。土体的非均质、各向异性、弹塑性和粘塑性使得对地铁隧道施工引起的地层位移进行准确的分析和预测十分困难，正因为如此，也说明土体性质对地层位移有着巨大的影响。
（2）隧道介质种类和环境的影响。盾构法施工地面沉陷槽宽度主要取决于最接近隧道拱顶的那一层土体的状况。这就意味着如果隧道完全位于地下水位以下时，邻近隧道上方的承压水土层对其沉陷槽有重大影响。
（3）盾构机械性能的影响。土仓压力与开挖面水压及土压不平衡，切削回转能力减弱，推进压力下降等因素将引起开挖面坍塌、超挖；随隧道开挖时出现线形偏差会引起尾部空隙增大，刀盘切削扭矩及盾构推力过大会引起地层扰动。
（4）隧道埋深的影响。以往的实测和实验研究表明：隧道埋深对地层位移的影响因地层情况而异。随着隧道埋深的增大，地表沉降减小，但沉降槽宽度系数则反而增加。从形成的沉降槽形状看，埋深浅时沉降槽深而窄，曲线的曲率增加，横向影响范围也小；反之埋深大时，沉降槽浅而宽，曲线的曲率减小，横向影响范围大。
3盾构施工地表沉降的控制措施
3.1掘进模式的选择
受到地层条件的限制，掘进模式也会有很大的不同。通常，一台盾构机可以有三种掘进模式，有土压平衡、半敞开式、敞开式，不同模式具有不同的施工参数，这三种模式可以实现盾构机的广泛使用。受到地质条件的限制，需要选择合适的掘进模式，这样才不会造成地表沉降。
3.2严格控制注浆速度
为保障注浆效果，浆液填充速度要尽可能与盾构机挖掘速度保持一致，最大限度降低盾尾空隙的产生，从而避免由于盾尾空隙造成的沉降。需要注意的是，如果注浆速度过快，会导致盾尾漏浆现象发生，也会对施工造成不利影响。具体注浆速度要根据施工实际情况确定。
3.3盾构在曲线上推进及盾构纠偏
盾构在曲线上推进时，需要进行盾构轴线的纠偏，这时候的土体没有多余的约束力来控制盾构的轴线，因此，盾构做曲线推进时一定要放慢速度，适当进行纠偏，减少地层损失。盾构在推进时会切换刀盘方向，注意切换速度，要注意转换的时间间隔，不宜太过频繁；及时调整掘进参数，并尽量优化，确保盾构机顺利掘进，而且需要有相应的限制，一旦超过这一限制幅度，就需要进行盾构纠偏；盾构曲线推进时，需要使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。如果是直线推进，就需要选择目前存在的位置和设计线较远处作为连接的直线路线，然后再重新进行管理；盾构法施工最忌讳推行速度过快，或者由于某一部位的速度过快而影响整个地下作业。油缸的油压需要高度注意，不可调节过快。调节各处千斤顶的油压和推力合力的作用位置，进行纠偏。总之，纠偏工作关系到盾构施工的质量，更关系到地层是否会变形。
3.4科学设置掘进土压力参数
盾构施工中需要重点控制的土压力参数包括地层土压力、地下水压力和预备压力三个参数。根据施工要求不同，压力参数的确定方法也不一样。对于深埋隧道施工，由于不确定因素较多，难以精确计算，可在遵循相关设计规范的基础上，结合试掘进期间取得的数据进行确定。浅埋隧道施工需要计算的土压力较多，需要按照各自相应的公式计算，然后结合以往经验进行选择。
3.5衬砌接缝防水
如果衬砌接缝漏水，那么就会造成地层的水分流失，引发地层重压缩固结，这样势必会引发地表沉降。为了确保衬砌接缝具有良好的防水效果，需要采取相应的措施。一般可采用多孔型三元乙丙弹性橡胶止水条防止漏水。受到来自千斤顶和螺栓的双重之力影响，该防水条的缝隙会不断被压缩，从而起到稳妥的防水作用。
4结语
地铁施工是一项复杂的工程，与社会的稳定和提高人们的生活质量有密切的关系。随着城市的不断发展，地铁工程不断提上日程，盾构法在地铁施工中具有不可替代的位置。盾构施工引起的地表沉降是由多种因素产生的，其既与地层情况、土(岩)的性质、地下水、隧道的埋深及截面特性等客观因素有关，也与施工方法、技术水平等主观因素密切相关。如何通过盾构法减少地面沉降问题，是地铁施工的重点，需要相关人员高度重视，合理开展盾构施工。
参考文献
[1]基于地质区划下地铁盾构引起的建筑物沉降预测[J].容继盘，卢鹏，李弈杉，袁子鹄，江杰，欧孝夺.广西大学学报(自然科学版).2017(01).
[2]类矩形地铁盾构隧道纵向接缝承载能力试验研究[J].林平，张维熙，张宸，柳献.现代隧道技术.2016(S1).
[3]基于因子分析的地铁盾构施工沉降风险辨识[J].黄俐，梁鹏.内蒙古大学学报(自然科学版).2016(02).
论文作者:熊元潮1,许明耀2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/3
标签：盾构论文; 地层论文; 隧道论文; 地表论文; 地铁论文; 压力论文; 速度论文; 《防护工程》2018年第5期论文;