地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对

谢晓亮

摘要：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，影响到施工安全與进度，需要查明原因采取有效的解决措施。本文就此展开了论述，以供参阅。

关键词：地铁盾构；工程施工；地面沉降

地下铁路是现代城市交通体系重要的组成部分，在城市建设、经济发展和提高人民生活水平方面发挥了重要作用。由于地铁主要设施位于地面以下，使得地下施工成为地铁建设工程的主体。在地铁地下施工过程中，地面沉降、塌陷和开裂等问题时有发生，不仅造成城市环境破坏，也给地铁工程自身带来巨大安全隐患。在地铁工程中，盾构结构施工往往会引发地表沉降现象，针对地铁盾构施工地表沉降问题进行深入研究，制定安全防范措施，对应数量和规模不断呈现上升趋势的地铁工程来说无疑是十分重要的。

1地铁施工的沉降现象

盾构施工过程中，地表沉降具有横向和纵向两种表现形式。纵向的地表沉降又可分为先行沉降、开挖前沉降、盾尾沉降、盾尾空隙沉降以及后续沉降等。引起地面沉降的原因是多样化的，包括盾构施工掘进造成地面损失引发的沉降；盾构施工引起地下水流失造成的地下水位降低，引发了地层的固结沉降。盾构施工中存在的地质资料与建筑物基础资料与实际状况不符，造成施工措施不当引发建筑物开裂。盾构衬砌结构的变形以及地层原始应力的改变等。

2地铁施工中地面沉降的原因

（1）人的原因。地铁盾构质量问题、安全问题出现的主要原因就是人，人员的违规操作或其它行为直接诱发安全质量问题。施工过程中少数施工人员为了方便，未按照施工规范操作或是省略部分环解，无视安全管理。人员作为地铁盾构施工的主要组成部分，做好相关控制工作具有现实意义。（2）设备因素。地铁施工企业主要是依靠各种先进设备进行工作。因为很多设备都容易对人体造成伤害，不能直接进行控制，所以要利用各种设备进行操控。如果地铁施工过程中，设备出现问题，使施工不能顺利进行，或发生一些意外反应，就会导致施工质量要求达不到；严重者，如机器设备存在安全问题，或者设计不当、或者质量不足、材料选择欠佳，就会造成严重的人身财产安全问题。（3）材料因素。目前在许多施工项目中，由于管理制度的问题，导致监管人员不负责任，对进入施工现场的材料没有经过严格的检测，导致材料的质量严重下降，严重影响工程整体的施工质量。即便对于检测合格的施工材料，由于管理制度的不完善，导致后期的存储以及施工未按照严格标准，影响项目最终的施工质量，还加大了施工成本，加剧了施工中的浪费现象。

3地铁施工地面沉降应对措施

3.1注浆控制措施

注浆的控制在地表沉降的控制中非常重要，它是减少顶管结构与周围土体的摩擦力、弥补隧道施工造成的地层损失的非常重要的措施，注浆的材料属性、注浆压力以及注浆是否及时都影响到地表沉降的大小。注浆的材料属性要符合设计要求，还需要根据实际工程情况进行调整。在具体施工中中，选取顶管管节外一层间隙土来模拟地层损失以及之后填补的注浆，起到了很好的模拟效果，其中选择合理的间隙土厚度寄注浆材料的属性非常重要。要选择合理的膨润土、纯碱等材料进行合理配比。应选择合理的注浆压力与注入时间。压力过小，无法有效弥补地层损失造成的地表沉降，压力过大，可能造成泄漏以及地表不合理的隆起等情况。

3.2优化施工参数

为了实现盾构最佳推进方式，这种参数的优化是不可或缺的。为了控制地表沉降。需要找到推进时对土层扰动最小、避免强度进一步下降、避免地面突起等施工的最佳参数。盾构的掘进参数有土舱压力、排土量和掘进速度、千斤顶顶力及分布、盾构坡度等等。这些参数不仅需要优化，还需要注意各自的目的，既有联系，又各自独立，目的就是为了减少地表沉降。

3.3顶推力控制措施

顶推力是整个顶管结构在隧道内前进的动力，为了突破顶管结构在前进中的各种附力，顶推力需要大于各种侧摩阻力，而乂不能使侧摩阻力引起的地表沉降增加，同时，顶推力不当也会引起地表的不同程度的沉降或者隆起。在其他参数不变的情况下，由选取的初始顶推力过大，且随着之后推力的递增，就会出现异常的隆起，不符合实际规律，因此，要合理的控制顶推力的大小、方向以及增大规律，以免出现不合理的计算结果。在实际的施工中，需要根据千斤顶的最大顶推力及顶管结构通过的土层的参数决定合适的起始推力数据，推力过大，会引起土仓压力值过大、土体隆起等事故，推力过小，可能引起顶管结构无法正常前进甚至后退，引起开挖面坍塌等工程事故。在实际施工中，千斤顶的推力也应根据实际情况变化。

3.4管片拼接技术

管片拼接质量对整个掘进质量有决定性的作用。管片通常在盾壳内部完成拼接过程。目前使用的盾构机管片有钢管片、钢筋混凝土管片、球墨铸铁管片以及复合管片等，并且隧道的每环均由大量的零碎管片共同构成。根据实际工程情况，拼装方式的选择会有所不同，例如，使用环管片以纵缝对齐方式进行拼装，可以快速完成管片定位，保证纵向螺栓方便地通过，并且显著提高施工效率。

3.5施工中的安全对策措施

施工过程中穿越沉降敏感地区或是地下水区域较大的地区应采用全土压掘进方式；在通过建筑物时应保持连续的掘进，避免停机；具体的掘进过程中应控制好盾构的姿势，避免由于偏差的纠正而造成超挖现象；注重同步注浆和二次注浆，保证管片与地层之间间隙密实；盾构机施工中应采取耐磨性高的刀具，从而减少换刀的次数，确定合理的换刀计划，预先在建筑物前换刀工作，避免盾构在建筑物下方停留；实现对衬砌拼装的偏差控制，有效减少后期的沉降，同时在掘进过程中应建立良好的施工监测体系，实现对现场问题的及时反馈，从而实现对地面沉降状况的及时掌控，建立安全的地铁施工体系。

4结束语

总之，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。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：

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[2]荆涛.地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对[J].山东工业技术.2018（15）.

[3]刘克文.地铁盾构施工地表沉降及其控制措施[J].商品与质量.2016（10）.

（作者单位：中铁十九局集团轨道交通工程有限公司）