地鐵盾構(gòu)施工地表沉降及其控制措施分析摘要：地鐵由于價格低廉、車速快，已成為我國居民出行的首選交通工具之一，我國城市為此建設(shè)了大量的地鐵工程，與地表工程的建設(shè)相比，地鐵工程的建設(shè)難度較高，其在建設(shè)過程中常常會用到盾構(gòu)機，而通用的地鐵盾構(gòu)施工常會帶來地表沉降等問題。因此，我國亟需改善地鐵盾構(gòu)施工帶來的地表沉降問題，以此減少其對地表建筑物的影響，保障我國居民的生命安全。本研究主要分析了我國地鐵盾枸施工引起地表沉降的幾點原因及控制方法。關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)施工；地表沉降；控制措施刖言在目前的地鐵隧道施工工程中，應(yīng)用比較廣泛的施工方法就是利用盾構(gòu)機進行盾構(gòu)施工的方法，但是由于地鐵通常建設(shè)于人口和建筑物較為密集的城市地區(qū)，地下還有較為復(fù)雜的管線及可能存在的不良地質(zhì)，所以如果在地鐵盾構(gòu)施工過程中施工不當就會引發(fā)地表出現(xiàn)較大沉降問題，從而對地上建筑物和地下管線造成破壞，因此需要從盾構(gòu)施工的原理進行分析，研究盾構(gòu)施工對地表沉降的影響，并采取相應(yīng)的控制措施，確保地鐵隧道盾構(gòu)施工中周邊環(huán)境的安全。1不同施工階段地表沉降特點在地鐵隧道盾構(gòu)施工中，在不同的地層中進行盾構(gòu)掘進施工引起的地表沉降表現(xiàn)出不同的特征，但是總結(jié)不同地表沉降的過程，可以分為以下五個階段：一是先期沉降階段。此階段主要發(fā)生在地下水位較低的地層中，隨著在盾構(gòu)施工中地層中的孔隙水壓力的逐漸減小，在圍巖的應(yīng)力作用下而導(dǎo)致地層不斷下降，從而引發(fā)先期沉降問題；二是盾構(gòu)掘進前方地層的沉降與隆起。此階段主要發(fā)生在對施工操作面的不斷施壓過程中，隨著壓力的不斷增大，地層會出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，而如果此時壓力逐漸減小則會出現(xiàn)地表沉降問題；三是盾構(gòu)通過過程中的地表下沉階段。此階段主要發(fā)生在盾構(gòu)施工過程中，主要是由于盾構(gòu)機的掘進和圍巖土體之間剪切的錯動而引起的地表沉降；四是盾構(gòu)空隙的沉降階段。由于盾構(gòu)機在設(shè)計時在滾刀與殼體之間留有空隙，在盾構(gòu)機掘進過程中圍巖土體會失去支撐力，而此空隙中還沒有注入填充漿液時會導(dǎo)致圍巖在自重作用下進入空隙而引發(fā)地表沉降；五是后期沉降階段。此階段的地表沉降主要是由于結(jié)構(gòu)變形、空隙水位下降以及地層擾動等多種因素引起的。2地鐵盾構(gòu)施工出現(xiàn)地表沉降的原因2.1地層損失引發(fā)地面沉降施工人員在利用盾構(gòu)法進行施工時，會對周圍土體造成擾動，在這種情況下一定范圍內(nèi)的土體便會成為松土，對地層造成嚴重影響。相關(guān)案例分析，地層損失的發(fā)生因素主要因以下幾方面造成，包括：盾構(gòu)超挖、開挖面土體移動、推移方向發(fā)生變化等等。2.2地下水流失造成地面沉降除此以外地下水的流失也會帶來地表沉降問題，這是由于地下水位的下降會影響到建筑物的淺基礎(chǔ)，同時作用于摩擦樁。在掘進過程中，同步注漿不密實狀況始終存在，當掘進作業(yè)停止，地下水便會迅速下降，最終導(dǎo)致地表沉降的發(fā)生。2.3盾構(gòu)設(shè)備引起的沉降盾構(gòu)設(shè)備施工過程中，隧道襯砌從盾尾脫出，由于受到周圍土壤的壓力，變成了一種緊實的結(jié)構(gòu)，進而對管片環(huán)產(chǎn)生作用力，使管片環(huán)變形，造成地表的沉降。利用盾構(gòu)法進行施工時，如果地表的土層具有一定的不穩(wěn)定性，那么盾尾處的工程就需要使用注漿進行嚴密的填充，如果填充物與設(shè)計要求不符，就會引起地表的沉降。特別是在軌道彎曲的部位使用盾構(gòu)法會產(chǎn)生大面積的超挖，導(dǎo)致盾尾處空隙多、空間大，填充過程中可能會產(chǎn)生不完全填充現(xiàn)場而引起地表的沉降。3控制地鐵盾構(gòu)施工過程中地表沉降的有效對策3.1合理進行隧道設(shè)計隧道設(shè)計選線時，要充分考慮地表沉降可能對臨近建筑物的影響，考慮到某些地層條件受擾動后，對地面建筑的影響較大，選線時，盡量避開密集建筑群，并使隧道線路處于地表均勻沉降區(qū)內(nèi)；設(shè)計選線時，對線路沿線的地質(zhì)構(gòu)造要十分清楚，有條件的情況下盡量避開上軟下硬地層、巖溶區(qū)、孤石區(qū)等不良地質(zhì)。3.2嚴格控制注漿作業(yè)質(zhì)量重點對漿液配比、注漿速度以及注漿時間進行嚴格控制和準確把握，同步注漿、二次注漿必須到位。對于同步注漿漿液填充速度來說，要盡可能地將其與盾構(gòu)機的掘進速度保持一致，及時填充盾尾空隙，根據(jù)施工實際情況來進行注漿速度的確定。而對于注漿時間來說，應(yīng)該在管片脫開盾尾的時間進行注漿，避免由于注漿不及時而導(dǎo)致沉降問題的發(fā)生。3.3選擇合適的地表沉降控制技術(shù)（1）掘進控制技術(shù)掘進過程中土體的穩(wěn)定是影響掘進質(zhì)量的重要因素。在隧道埋深較淺和圍巖基礎(chǔ)失穩(wěn)的情況下，施工人員應(yīng)對地質(zhì)情況有充分的了解并根據(jù)實際情況制定施工方案，利用朗金理論對被動土壓力與主動土壓力進行相應(yīng)的計算。施工過程中土體出現(xiàn)變形不可避免，對部分精度要求較高的隧道進行施工時，必須保證主動土壓力始終比盾構(gòu)推進力小，使土體不斷朝開挖方向滑移，盡量防止地表出現(xiàn)沉降。（2）管片拼接技術(shù)管片拼接質(zhì)量對整個掘進質(zhì)量有決定性作用。管片通常在盾殼內(nèi)部完成拼接過程。目前使用的盾構(gòu)機管片有鋼管片、鋼筋混凝土管片、球墨鑄鐵管片以及復(fù)合管片等，并且隧道的每環(huán)均由大量的零碎管片共同構(gòu)成。根據(jù)實際工程情況，拼裝方式的選擇會有所不同。（3）管片襯砌壁后灌漿技術(shù)管片襯砌背后灌漿技術(shù)直接影響這盾構(gòu)施工質(zhì)量。當施工所處地層具有較好的自穩(wěn)能力時，需采取同步注漿的方式。要保證壁后注漿具有足夠的防水性與密實性，并在同步注漿基礎(chǔ)上根據(jù)實際情況進行二次注漿，以確保注漿質(zhì)量與安全，防止隧道出現(xiàn)漏水問題，保證建筑間隙得到良好的填充，避免地層出現(xiàn)移動。3.4全面監(jiān)測地基形變?yōu)榱耸沟鼗巫兊膯栴}得到緩解，在盾構(gòu)推進前可采用有限單元法進行作業(yè)，對基準數(shù)值有效明確。在推行過程中應(yīng)對監(jiān)測點合理設(shè)定，如若沉降量過大應(yīng)立即停止盾構(gòu)，適當增加注漿力度。在這種情況下施工人員還應(yīng)將水準測量有效落實，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來進行施工，對施工參數(shù)合理調(diào)整，確保地鐵隧道施工的有效實施。3.5設(shè)置沉降預(yù)警值盾構(gòu)法隧道的地面沉降控制，要綜合考慮地表建（構(gòu)）筑物、地下管線及地層和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等因素，分別確定其允許的地表沉降值，并取最小值作為控制基準值。具體施工過程中，可設(shè)置預(yù)警值、報警值和極限值來進行分級控制。預(yù)警值一般為極限值的60%，當?shù)乇沓两颠_到該值時，應(yīng)采取必要的控制措施并密切監(jiān)控沉降的進一步發(fā)展；報警值一般為極限值的80%，達到該值時，要立即采取有效措施和手段對地表沉降進行控制；極限值則是地表沉降允許的最大值，超過該值將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞等嚴重工程事故，這在工程中是絕對不允許的。3.6盾構(gòu)在曲線上推進及盾構(gòu)糾偏盾構(gòu)在曲線上推進時，土體對盾構(gòu)和隧道的約束力差，盾構(gòu)軸線較難控制，因此推進速度要放緩，糾偏幅度不要過大，加大注漿量，加強糾偏量測等工作，以減少地層損失。在切換刀盤轉(zhuǎn)動方向時，應(yīng)保留適當?shù)臅r間間隔，切換速度不宜過快。根據(jù)掌子面地層情況應(yīng)及時調(diào)整掘進參數(shù)，調(diào)整掘進方向時應(yīng)設(shè)置警戒值與限制值。達到警戒值時就應(yīng)該實行糾偏程序。蛇行修正及糾偏時應(yīng)緩慢進行。在直線推進的情況下，應(yīng)選取盾構(gòu)當前所在位置點與設(shè)計線上遠方的一點作一直線，然后再以這條線為新的基準進行線形管理。在曲線推進的情況下，應(yīng)使盾構(gòu)當前所在位置點與遠方點的連線同設(shè)計曲線相切。4結(jié)語在地鐵盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)法占據(jù)著重要地位。導(dǎo)致盾構(gòu)施工中地表沉降產(chǎn)生的因素較多，不僅受圍巖擾動影響，還受盾尾空隙下沉影響，據(jù)此施工人員在地鐵施工中應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件選擇合理優(yōu)化的掘進參數(shù)，及時有效的做好隧道注漿，嚴格準確的進行地表監(jiān)測，確保地