摘要：地铁盾构施工中一旦遇到地面沉降情况，需要及时采取有效应对措施。特别是当前城市高楼林立、地下管线错综复杂，如果不能第一时间解决地面沉降问题，将会诱发严重的后果，给民众生命财产安全造成极大影响。因此深入研究与分析盾构施工地面沉降问题具有现实意义。
关键词：地铁盾构；地面沉降；原因分析；应对策略
1盾构施工引起地表沉降的机理
盾构施工致使地层原来的应力平衡状态改变，应力得到释放，从而使得地层发生变形。盾构施工致使地表发生沉降的原因比较繁杂，首先地层条件是其关键影响因素，除此之外与盾构前进时的土压平衡、开挖速度、掘进压力、灌浆压力、注浆量等也有关系。根据大量工程实测数据，盾构施工引起地表变形的过程可以划分为下面几个阶段：
①盾构到达之前的先期变形。因为盾构施工时会进行排水，地下水位下降使地层孔隙水压力变化，导致地表变形。②盾构到达时的地表变形。盾构机掘进时在前方工作面施加顶进压力，压力大时土体受到挤压使得地表隆起，压力小时，前面的土体会松动使得地表沉降。③盾构通过时的地表变形。由于盾构施工的干扰，盾构机与土体产生相对位移会使得地层发生损失，同时两面的土体向外移动，地表发生变形。④盾构通过后的地表变形。盾构机通过之后，盾构机和衬砌间存在空隙，没有立即注浆或是注浆量不够，使得地层塌落，导致地表沉降。
2地铁盾构施工地面沉降原因分析及应对方法
2.1地铁工程概况
合肥地铁3号线9标盾构区间，区间所在地貌为河流一级阶地，地形平缓开阔，自然坡度约3~5°，绝对标高在15.9~19.6m之间，四里河流经本测区。场地现为城市交通主要干道、房屋建筑及居民住宅区等。区间隧道穿越地层为（1）1粉质粘土、（1）-1粉砂、（1）-2粉土、（7）1W4全风化砂岩、（7）2W3强风化砂岩，地质复杂。区间拟建线路在里程YDK18+730附近穿越四里河，穿越处河道已经过初步整治，河道微弯，断面呈U形，现状河道岸坡采用自然植物护坡，边坡比例约1:3，在河岸标高约11.5~11.8m处建有约3.0m宽亲水平台，平台以下为自嵌式挡墙。地下水不良作用导致盾构掘进面出现水涌及坍塌等。盾构施工中出现地面沉降情况，分析原因包括地质构成、土层压力及施工原因。
2.2沉降原因分析
2.2.1地质构成原因
地质情况上文进行简单分析，在盾构掘进至四里河处下方存在严重的淤泥情况。存在较大沉降，尤其是雨季会出现严重沉降。这是盾构施工中面临的比较严重的非人为原因，施工难度较大。
2.2.2土层压力
地面沉降与土层压力设定之间存在关系，22根千斤顶将土层压力传递给盾构机，当外部土层压力小于盾构机设定的土层压力时，就会造成盾构地面出现隆起情况，反之则会出现沉降情况，当这个情况严重时直接造成地面坍塌。所以掘进过程中要准确掌握土层压力。
2.2.3推进过程因素
此种地层在施工试掘进时，推进压力逐步调试，上下分区调整不均匀，如因姿态调整，上部推力过大，盾构易出现栽头现象，管片下沉导致地表下沉；下部推力过大，下部超挖，地表先出新隆起后出现沉降；小半径曲线掘进，外侧易超挖，导致沉降；地层水大，出现喷涌，易导致出渣过量，地表出现沉降。
2.2.4外界原因
区间地表附近，因上方是河流，施工或行走重型设备、运输车，导致地表沉降。
2.2.5施工原因
地铁盾构施工过程中，每环管片拼装完同步注浆是一个较为重要的环节，很多时候注浆的浆液配比也会对地面产生影响，同时在盾构施工过程中如管片自身质量缺陷、管片止水条脱落、管片衬背注浆不饱满、掘进过程中推力不均匀、管片拼装质量控制不严格、转弯处转弯环选型不准确等原因导致的出现渗漏水现象，同样也会出现沉降问题。
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2.3地面沉降应对措施
2.3.1地质原因的应对方法
（1）布设测点：沉降监测点在到达和始发50m范围内、曲线段和联络通道处每5环设一个点，直线段每10环设一个点，测点在隧道底部的两侧。
（2）频率监测：距推进面50环的范围内的测点，1次/d；距推进面50～100环范围内的测点，1次/2d；距推进面100环以上的观测，1次/周；隧道贯通后所有测点30d/次，直至验收。
2.3.2盾构土压原因的应对方法
土压平衡式盾构掘进机工作原理：开挖面土体的平衡利用压力舱内的土压力达成。盾构正前方开挖面支护，其中施工的关键就是设定平衡压力，因此施工过程中要根据具体情况科学合理的设定土压力值，确保推进坡度的平稳，纠偏量控制时要减少土体扰动，创造零号的拼装管片的条件，依据推进速度、出土量与地层变形监测数据调整设定好的土压值与注浆量，有效控制轴线与土层变形控制。
盾构机中央控制室内操作司机在内部完成各种操作，初设正面土压力与水压力值通过技术人员计算而得，根据埋深、性质与地面超载计算土压力值，计算值的1.05-1.1倍为设定值。同时盾构司机详细记录显示屏上各项指标参数，并依据人工测量、施工经验值及时调整盾构机资料与参数，确保推进始终按照设计轴线进行。
2.3.3盾构施工原因的应对方法
（1）应对方案。盾构施工中同步注浆与二次注浆最大程度减少地面沉降情况的出现，掘进施工过程中要及时将足量的浆液材料填充到脱出盾构后的衬砌背面环形空隙中。依据具体施工条件选择合适的浆液配比与压力等内容，充分发挥注浆的作用。通过二次或以上注浆方式弥补同步注浆的不足，有效减少地表沉降出现概率与可能。
注浆目的：通过注浆减少地基沉降量以保证环境安全；确保管片衬砌的稳定性与安全性；衬砌防水的初道防线确保长期防水功能。
注浆方式分析：充填盾构壳体与管片圆环间的空隙与减少后期土体变形的主要手段就是掘进过程的同步注浆与二次注浆，也可以通过这种方式提高隧道的稳定性，确保施工质量。盾构机掘进施工利用注浆方式回填管片与土体之间的空隙，利用运浆车将浆液运送到洞内，同步进行注浆与掘进。注浆选择是通过及时、均匀的将水泥浆液压注其中，确保及时与足量的浆液填充；根据地层变形监测数据确定浆液注浆量与注浆压力，依据浆液凝固所需时间确定浆液配比，合理调整水泥配比。安排专业负责注浆过程中，详细记录注入为主、注入量与注浆压力值，根据地层变形监测信息及时调整注浆顺序与量，提高注浆工序的施工效率与质量。
（2）加强施工过程质量控制。隧道接缝漏水造成周围地层空隙水流失，使得土体有效应力增加，造成地层再压缩固结，使得地表出现沉降情况。所以，施工过程中控制管片接缝既能满足功能需求，又可以有效控制地面沉降。
在管片生产过程中加强对施工质量的控制，并加强管片进场验收，严格按照施工图纸防水要求防黏贴氯丁橡胶与遇水膨胀橡胶复合而成的弹性密封垫，并提高管片拼装质量，另外嵌缝防水是管片的辅助防水线。另外如已出现渗漏水现象则采用注浆进行封堵。
环、纵向缝封闭采用快干高强度砂浆，奠定后面的灌浆基础，需要注意的是，封闭过程中要确保向内部凹进1-2㎝的弧形；利用相关设备通过漏水缝垂直钻孔到止水条处，每50公分间距2-3个钻孔，与此同时加装注浆针头，接缝内灌浆时利用高压灌浆设备，通常优先采用环氧树脂，直到灌满整个接缝为止。整个过程中要充分考虑实际情况，做好各环节质量控制，避免一个小问题的出现影响到整体质量。
结束语
随着我国现代化城市建设的推进，地铁规模不断扩大，对施工技术也提出更高的要求。目前地铁施工中普遍使用盾构法，这种方法可以提高施工效率，改善传统暗挖法的不足。但施工过程中也会出现沉降等问题，影响到施工安全与进度，需要查明原因采取有效的解决措施。
参考文献
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[2]熊志辉.地铁盾构施工对邻近桥梁桩基的影响及防护研究[D].西安科技大学,2017.
[3]王磊.地铁盾构法施工引起的地表沉降分析研究[D].西安工业大学,2017.
论文作者:杜春浪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/27
标签：盾构论文; 管片论文; 地表论文; 注浆论文; 地层论文; 压力论文; 原因论文; 《建筑学研究前沿》2018年第32期论文;