盾构施工地表塌陷原因分析及处理措施

李建强

摘要：近年来，伴随着我国盾构施工的不断增加，虽然使我国在一定程度上受益匪浅，但在带来便捷的同时又暴露出很多问题，其中最重要的问题就是在盾构施工过程中地表塌陷问题。所以对于盾构施工地表塌陷问题的控制与预防显得尤为重要，目前我国地表的大型建筑物不断剧增，对于建筑物或构造物沉降控制要就较为严格，所以对于如何控制盾构施工地表塌陷是我国长期的一个重要工作。

关键词：盾构；施工；地表塌陷；分析；措施

中图分类号：TU74文献标识码： A

伴随我国社会经济的迅速发展，城市化水平的逐渐提升，我国的交通事业也越来越重要，城市轨道交通的速度较快、运量较大且安全等优点都使得城市交通备受居民的青睐。但在城市盾构施工过程中，势必会对生活中的周围环境造成影响，最为严重的就是施工地表的塌陷问题，因此要对盾构施工过程中的地表塌陷问题制定出合理可实行的方案，进行处理。

一、盾构施工地表塌陷的原因

（一）水、土压力的不均衡

盾构施工中水、土压力的不平衡主要体现在，泥水与土压式盾构。由于推进量与排土量不等的原因，开挖面水压力、土压力与压力舱压力产生不均衡，致使开挖面失去平衡状态，从而发生地基变形。造成地表塌陷。

（二）推进施工中围岩的干扰松动

在盾构施工过程中的推进施工中，由于盾构的壳板与围岩之间不断产生摩擦，从而导致了围岩的扰动，致使地基不断下沉。特别是蛇行修正和曲线推进时引起的超挖，是产生围岩松动的主要原因。

（三）盾尾产生空隙以及壁后的注浆不足

由于盾构施工中盾尾产生空隙，使得盾壳支撑的围岩朝着尾部变形而使地基向下塌陷，这是由应力释放引起的弹塑性变形。地基下沉的大小受壁后注浆材料材质及注入时间、位置、压力、数量等影响。另外，黏性土地基中的壁后注浆压力过大是引起临时性地基隆起的主要原因。

（四）衬砌导致的变形和位移

在盾构施工过程中，由于一些接头的螺栓没有紧固牢靠，就会导致其管片环出现变形，盾尾空隙的实际量增大，管片从盾尾脱出后外压不均等使衬砌变形或变位，从而增大地基下沉。

（五）地下水位的变化

由于施工过程中，开面时常出现涌水或一次衬砌产生漏水时，地下水位下降而造成地基下沉。这一现象是由于地基的有效应力增加而引起固结沉降。

二、盾构施工地表塌陷分析

（一）地层基本条件

由于一些施工路段的地质与水文存在复杂性，隧道断面过5到11砾砂层，隧道上方有少量5到3淤泥质粘土，其余为1到4填块石、2到4含有机质砂、4到10粗砂、4到11砾砂及5到5含有机质砂。受海水和河水的侧向补给，该区域砂层富水性好，透水性强，结构松散，盾构开挖面自稳性差，掘进时一旦出现土压波动较大，就容易造成过量的砂涌入盾构密封舱。由于在盾构施工过程中掘进时其经过的断面大多数都是砾砂层，在密封舱和螺旋输送机中的渣土和易性较差，而地下水与地表水联系密切，补给快，流速大，在地下水作用下，螺旋输送机若发生喷涌，易引起密封舱内的压力小于地层侧向压力，进而导致开挖面失稳，造成地面塌陷。

（二）施工过程中的情况

1.渣土

在盾构施工过程中，其富水砂层和土仓内砂质渣土的复杂与不稳定的性的影响，使得盾构前方地层易造成塌方。富水砂层盾构掘进时渣土改良需要解决的问题有：提高土仓内渣土的抗渗透能力，避免开挖面涌水涌砂；降低土仓内渣土的内摩擦角，减少渣土对刀盘刀具的磨损；提高土仓内渣土的和易性，使螺旋机出渣顺畅。

2.开挖面

据目前情况来看，我国的一些地区的地面塌陷区域的粘性土的比例大概是80%以上，水位埋深约4.0 m，隧道上覆土厚度约14.5 m。据太沙基松动土压力理论计算所得刀盘上部土仓压力合理范围为1.23～1.41 bar，推力为12056.24 KN，而在掘进409～413环时，盾构机刀盘上部土仓压力均在1.05 bar左右，推力在11500 KN，上部土仓压力掘进值较理论计算值小许多，掘进时，开挖面极有可能已失稳。

3.出土量的不断加剧，出现超挖

在413、414环对应地面沉降超限位置，有一条直径为600 mm的给水管在隧道上方横穿，埋深1.7 m，给水管施工时，位于隧道正上方刚好有一处焊接接头，盾构开挖引起的地层变形过大，导致水管接头位裂漏水，大量的流水将砂土带走，导致路基下方脱空，在车辆动荷载作用下，路面沉降不断加剧，最终引起了地面坍塌。

三、盾构施工地表塌陷的防御措施

（一）地基的检查与预测

在施工的过程中，由于施工技术采取的不当，很容易造成地基改变原有的形状，从而影响整个施工，在这种情况下，就需要采取一定的措施对其进行改善。盾构技术就是最为常用的一种方法，这种盾构技术就是在进行施工之前，对于地基的建筑进行相关数据的测算以及根据实际情况进行一小部分的实施，最后根据所得出的结果来设定施工过程中需要进行管理的基准研究，最后进行施工。同时，在推进时，要在隧道中心向上及其两侧范围内设定监测点，当地表沉降监测显示沉降量过大时，亦需暂停出土，建立土压平衡，加大同步注浆或进行二次注浆。进行水准测量，并根据监测结果指导施工，调整施工参数，总结经验，应用到后续区段的施工管理中。

（二）对于开挖中水、土压力的解决

对于盾构施工中的水土压力的均衡问题，从而建立土压平衡。土压平衡式盾构可通过调整推进速度和螺旋式排土器的转速，使土舱压力与开挖面土水压力相对应。另外可根据需要，注入适当的添加剂增加开挖土的塑性流动性，使压力舱内不产生空隙。泥水加压式盾构可根据围岩的透水性来调整泥浆性状，并进行泥浆管理，使压力舱压力始终对应于开挖面的水土压力。

（三）推进中岩土干扰问题的解决

在盾构施工中为了使推进中盾构与围岩之间的摩擦能有尽量较小，且不干扰围岩，因此必须对盾构的结构姿态有效的控制好，防止盾构发生变形和位移等情况，在施工过程中也应该尽量的减少超挖量。盾构姿态发生偏差时，应缓慢纠偏，不能操之过急。

（四）盾构施工中尾部空隙与壁后注浆问题的解决

在盾构施工过程中，其盾位的空隙下沉和壁后注浆等问题的产生，都会对盾构工程造成严重的影响，因此必须严格有效的控制其问题的产生。根据围岩状态来选择渗透性好、固结强度大的壁后注浆材料，并尽量与盾构推进的同时进行壁后注浆，即采用同步注浆。推进过程中及时进行足量注浆，保证注浆的数量和质量，就能有效地控制沉降。

（五）衬砌的变形预防

为防止管片环变形，必须使用形状保持装置（如保圆器）等来确保管片组装精度，同时充分紧固螺栓，必要时要做二次紧固。

（六）地下水位的有效控制

对于盾构施工过程中管片接头和壁后注浆孔等地方的漏水现象，必须严格的进行解决，可以通过对管片进行组装、螺栓紧固等方法。对完成施工的隧道渗漏水，必须及时采取措施进行堵漏。盾构法施工的不同阶段会有不同的工况，必须有针对性地采取措施，把沉降控制在最小限度以内。

结束语：

近年来，为了能够有效的避免盾构施工过程中地表的塌陷问题，一定要对盾构施工技术在掘进地层时所有可能遇到的问题进行综合的分析，并在分析过程中制定出合理的方案，以便于事故发生时，将其有效的控制。这样才能为人们的生活提供方便，为我国的盾构施工创造更好的发展前景。

参考文献：

[1]彭旭红.盾构施工地表塌陷原因分析及处理措施[J].科技创新导报,2014,11(5).

[2]苗沛.盾构施工地表塌陷原因分析及处理措施[J].城市建设理论研究（电子版）,2014(28).

[3]李文,李术希,刘宽林等.某地铁盾构施工引发地面塌陷分析及防控[J].城市建设理论研究（电子版）,2014(24).

[4]马婷婷.盾构掘进技术简述与实例分析[J].城市建设理论研究（电子版）,2012(16).

[5]敞口式盾构在国内地铁首次成功应用[J].隧道建设,2014(4).