探究城市地铁隧道施工引起的地面沉降及应对举措

■李 鹏 ■江西省抚州市宜黄县公路分局，江西 抚州 344400

城市地铁隧道施工技术中，全断面明挖的成本高、对交通影响大，因此基本上不被采用，暗挖成为广泛选用的方式。但不论采用人工开挖、盾构、TBM等哪种方式，都会对地面产生影响，最直观的就是地表沉降。地表沉降的出现会加剧施工的危险性，因此必须采取措施进行及时的控制。以下从施工实践出发，介绍了不同的防治措施。

1 城市地铁隧道施工对环境的影响

1．1 施工附近应力对环境的影响

以施工推进的前进方向作为X轴，垂直方向作为Y轴，铅垂方向作为Z轴，就能够直观表现出施工推进对于土体的影响。具体来说，在X轴方向上，施工位于管线上下或者周围有构筑物时，会产生挠曲变形;在Y轴方向上，会因为前进方向和侧向产生的附加应力对周围构筑物产生影响;在Z轴方向上，则主要会产生地面的隆起或沉降。除此之外，由于土体自身性质，容易使前进方向的土体塑性发展，从而导致剪切破坏。

1．2 施工对排水的影响

地铁隧道施工过程中会不可避免的穿过一些含水量较高的地层，因此也会对地下水体产生影响。具体来说，会导致开挖范围内的水体水位线下降，同时影响周围的水体水位下降，在隧道附近则会形成水位凹槽。在此基础上，水位下降会引起水压下降，进而使土体之间的应力增加，最低导致地面的沉降。

2 城市地铁隧道施工引起的地面沉降

隧道施工过程中，对土体的扰动是产生沉降的主要原因。以盾构施工为例，盾构在推进过程中引起的沉降可以分为5个部分:第一，盾构达到前发生的沉降，占总量的0% ～4．5%;第二，盾构到达时发生的沉降，占0% ～44%;第三，盾构通过时发生的沉降，占0% ～38%;第四，盾构通过后发生的沉降，占20% ～100%;第五，地表的固结沉降，占4%～32%。其中前四种沉降能够通过一定的措施进行补救，使沉降量减小甚至消失，但最终的沉降量是一定会存在的。

从另一个角度分析，剪切变形、固结变形、压缩变形是引起沉降发生的主要原因，因此在分析时必须关注地层的扰动、压密、剪切应变等现象。实践证明，盾构导致的地表沉降和扰动范围具有线性关系，同时和盾构的推进速度、注浆时间、回填率、隧道直径、土层性质等有关。

3 地面沉降的应对措施

3．1 管棚施工引起的沉降控制措施

第一，施工过程中使用大管棚，在拱部采用双层管棚、两侧边墙采用单层管棚。在洞口的管棚一端设置导向墙，用来支撑桩基，同时桩基要伸入基岩。如此一来，管棚的两端分别支撑围岩和导向墙，起到纵梁的效果，从而控制隧道周边的地层变形和沉降。第二，控制钻进速度，尽量保持低速钻进，可以使用拉管机拉回钻管后进行注浆，固结后再次钻进。第三，如果有回填物改变了钻杆的预设路径，可以通过反复旋转、进退的方式将回填物清除。必要时可以使用气动潜孔锤，然后继续钻进。第四，为了避免出现地面沉降，要确保实际出土量在理论出土量之下，同时控制水量对地层造成的扰动。

3．2 隧道开挖引起的沉降控制措施

第一，全断面预注浆加固。隧道施工中为了防止出现地下水流失、地表下沉，从而保证施工的安全性，就要对隧道地层进行堵水操作和注浆加固，从而控制地表的变形量。注浆操作，能够将降水盲区的残留水置换出去，从而起到防水、止水的效果。为了提高土体承载力，减少开挖造成的变形，可以提高管棚的支撑作用，增加土体密实度。另外，在注浆的过程中要遵循以下几点原则:一是多孔少注，通过分段注浆的形式来控制压力;二是粉细砂、粘土等地层要使用超细水泥材料;三是粗砂、卵砾石地层要使用普通水泥浆，可以添加不收缩添加剂。第二，微台阶开挖及时初衬加固。注浆加固施工完成后，采用六分部微台阶法进行施工，要求人工开挖上部分，机械开挖下部分，在拱部预留1cm左右的沉降量。对于左右线隧道而言，施工时使用短进尺进行开挖，能够防止沉降量的累积，从而有效降低沉降量。另外，施工期间要在隧道上方的路面铺设钢板，然后将车辆速度限制在40km/h。第三，盾构开挖时保证推进轴线和隧道轴线一致。轴线一致也就是指推进过程中不要出现“仰头”或“扣头”现象，这一点在泥水加压和土压平衡盾构中很容易实现。具体做法是在推进过程中及时纠正偏离位置，可以使用激光进行导向。在人工操作时，适当将轴线偏差限度缩小，从而减少对地层的扰动。

3．3 拆除临时支撑引起的沉降控制措施

第一，初期支护封闭成环、衬砌段加长以后，开挖面暂停施工，确保洞内的二次衬砌作业长度大于13m。第二，拆除支撑钢架时，将拆除长度控制在6m，同时绑扎好钢筋，对隧道仰拱进行混凝土的填充。完成后方可继续向前拆除。第三，在拱圈内要设置防水板，然后二次衬砌钢筋绑扎、浇筑混凝土，将浇筑长度控制在6m。第四，隧道没有一次模筑的，洞内稳定性差，这时需要开挖、衬砌相互交替才能进行，从而确保隧道内部的安全。

3．4 加强量测和监控工作

第一，施工期间，要求全程监测，要关注框架桥、地表管线的变化。一旦监测值达到警戒线，就要停止开挖，在洞内加固支撑，确保框架桥和管线的安全。第二，地下管线测点布置。首先确定管线的位置和类型，如果具备开挖条件，就要开挖暴露管线，并且直接在上面布置观测点。不具备开挖条件，就要在对应的地面上设置观测点。数量控制在每个管线上有3～5个。第三，洞周收敛测点布置。隧道内部的围岩应力状态发生改变，其最直观的表现就是净空收敛，对其进行测量可以推断出隧道的稳定程度，从而为二次衬砌提供依据。

4 结语

综上所述，通过以上分析我们可以看到，地铁隧道的施工，对周边环境的影响除排水以外，最为明显的就是地面沉降。虽然沉降的出现是在所难免的，但通过一些措施可以将沉降量控制在合理的范围内。本文分别从管棚加固、注浆加固、临时支撑加固、加强量测和监控等措施，阐述了地表沉降的应对做法。科学合理的控制沉降量，能够提高施工的安全系数，降低对环境的影响，促进基础设施的快速建设和施工技术的发展。

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