地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题探析

李顺

摘 要：我国地铁系统施工中采用盾构施工技术时，由于地质结构较为复杂、支撑力不足可能会导致地面结构沉降，因此必须采取针对性措施强化盾构隧道的支撑能力，控制沉降问题，本文分析了地铁盾构隧道施工中发生地面沉降问题的原因，而后提出了相应的控制对策。

关键词：地铁隧道;盾构法施工;地面沉降问题

引言

地铁隧道施工中盾构技术的应用较为普遍，盾构施工的操作简便且对地面扰动小，不需要控制交通，因此也不会对施工区域的城市交通节奏造成影响，因此很多城市建设地铁工程时都会选择盾构技术作为隧道施工的基础技术，但是盾构施工中如果上层土质较软而施工中没有做好支撑控制就会导致沉降问题的发生，影响地面建筑的使用安全。

1地铁隧道工程盾构施工中出现沉降问题的原因分析

1.1盾构半径选择不科学

根据隧道施工需求进行盾构半径的选择是隧道施工设计人员的重要工作，通常地铁建设中半圆及单圆土压平衡盾构施工中的半径选择要在六到六点五米范围内，如果地铁隧道需要跨江，盾构半径则需根据需要扩大一些，通常可以设置在七到十五米的区间内，根据长期工作经验，笔者发现盾构施工的横向沉降槽宽度系数发生变化，地面沉降区域也会随之发生变化，而实际施工中盾构半径的大小又决定宽度系数的大小，其影响为：盾构半径设计得越大，横向沉降槽宽度系数也就随之增大，进而使得沉降面积也因此增大。

1.2盾构穿越土层的具体性质

由于地铁盾构施工的具体操作是在地底下完成的，地下土层的性质就会影响盾构开挖施工的情况，如果地铁隧道盾构施工工艺不变，那么对应施工区域的砂土层沉降槽宽度系数如果太小，沉降就会因此变得明显，根据研究数据统计结果分析，如果地层损失率在百分之二左右，盾构埋深的设置参数为十米，而盾构施工半径设置为三点二米，利用软件计算会发现土层性质对沉降面积的影响，在这一基础上对黏土层影响进行分析就可以看出，土层沉降槽宽度系数对盾构施工沉降量的影响较大。

1.3盾构区域地层损失率

经过分析地层损失，发现地面沉降受地层损失率的影响极大。同时有学者指出，美国科学家提出的P.B.Peck理论和公式不适用于地层损失率较大的隧道盾构施工计算。因此，我们在计算过程中要与工程的实际情况相结合，将地层损失率设置为1%～5%（取整），将盾构埋深为10m，穿越土层的数值与盾构半径参数不做改变。通过对计算结果分析，我们发现地层损失会影响宽度系数，因为地层损失率的增加宽度系数会逐渐变小。然而，随着地层损失率的增加，沉降速度会逐渐变快。

2地铁隧道盾构施工技术操作中地面沉降控制措施

2.1科学设置沉降观测点

在进行地铁隧道盾构施工时针对盾构沉降进行实时测量能够更好地展现当前盾构施工推进中区域沉降数值的变化情况，进行地铁隧道盾构施工的中线上方地面做好沉降测量点的布设，沉降测量点的距离要控制在五米左右，每四个沉降监测点就要设置一套横断面检测装置，横断面测量应根据需要设置五个观测点，这样能够有效保证观测效果。当前盾构施工区域地质结构为软土层或者埋深较浅，则需要进行设计时就对盾构施工的具体需求进行判断分析，尤其应结合区域施工地质、水文的勘察结果进行施工沉降监测点的科学设置。地铁施工中盾构监测点布设时，要根据隧道上方路的情况而定，如果上方是混凝土路面结构，可以选择如下两种方式之一进行观测点设置：其一，根据混凝土路面的情况进行观测点设置，对应上方路面的中线作为盾构沉降观测点位置的布设，观测点应设置在混凝土路面上;其二，根据盾构施工特点在路面以下进行沉降观测点的布设，观测点布设规划中要保证路面硬壳沉降测量误差的控制效果。

2.2科学调整沉降监测频率

在进行施工过程中，为保证其合理的控制地面沉降，应根据实际情况对现阶段的沉降观测频率分析，从多个角度进行研究，明确其盾构的实际情况，通常情况下其盾构机头前的10m位置或者其后20m的位置应保证其进行合理的观测，根据实际情况开展研究，分析现阶段每一个观测點的实际情况，并保证其观测频率合理，直到施工位置的土层频率符合实际的要求。当出现沉降异常或者隆起情况时，应根据实际情况对现阶段的频率范围开展测量，以保证其满足实际需求。

2.3沉降问题治理措施

（1）微扰动双液注浆法。对于治理隧道沉降，经过科研工作者的努力，总结出了微扰动双液注浆工艺。微扰动双液注浆法是根据隧道的预测曲线进行分区分阶段的注浆措施，在隧道纵向注浆实施少量多次的注浆，从而实现隧道抬升和稳固地层的作用。

（2）可以选择高质量高分子材料堵漏，由于隧道接缝处以及沉降裂缝处容易发生渗漏，在隧道盾构施工推进中要根据情况对沉降渗漏点进行注浆堵漏，针对隧道壁后进行高分子聚氨酯注浆，这种材料雨水发泡，从而可以在隧道外壁形成一道隔水膜屏障，从而阻隔水分从接缝处渗透入隧道结构当中。如果施工中隧道渗漏问题太过严重或者进行堵漏操作后效果还是不明显，就要针对隧道接缝区域采用隔断密封注浆技术进行处理，而隧道封顶块上则可以使用刚性环氧树脂材料进行渗漏封堵，如果裂缝出现在封顶块以下，则应该使用弹性环氧树脂材料进行封堵。

（3）沉降问题的加固措施。在隧道盾构施工推进中产生严重沉降后会带来裂缝及结构破碎等问题，必须采取加固措施才能保证盾构推进的安全、高质。加固技术有两种形式，其一是地层加固，其二则是隧道结构加固。利用盾构隧道洞内注浆联合地面注浆两种加固技术能够有效提升隧道周围区域地层的稳定性，为而后的钢板加固、芳纶张贴提供基础条件。芳纶张贴是将高断裂强度的芳纶布贴敷在洞内裂缝表面从而形成韧性强、强力牵拉的裂缝加固层，从而对隧道内裂缝进行加固的。而钢板加固则是使用强度及抗拉伸能力较强的钢板在盾构隧道壁上进行加固能够强化隧道承载能力，进而提升盾构隧道的抗沉降效果。

3盾构施工地面沉降控制策略

3.1做好前期勘查

盾构施工前必须对施工区域进行全面勘察，保证盾构施工操作人员能够根据地质条件设置盾构半径、加固技术方案，提升盾构施工推进中承载力强化操作的科学性，进而保证盾构施工的质量与安全控制效果。

3.2根据检测点的信息分析情况调整盾构参数

由于在盾构施工中如果遭遇软弱地层，就可能因为盾构挤压排水的作用而进一步弱化地层承载能力，因此根据盾构施工推进中的检测信息进行各项操作参数的调整，尤其是要调节好加固措施与盾构推进的关系，尽量在保证盾构效率的前提下控制沉降。

结束语

总之，在我国地铁隧道施工中盾构施工的质控要求较高，提升盾构地表沉降控制效力才能够保证盾构施工推进中地面建筑的安全性，提高盾构推进的可靠性，优化地铁隧道建设施工的风险控制效果。地铁隧道建设施工中应强化沉降监测的效力，提升加固措施操作的针对性，进而保障地铁盾构结构的稳定、安全。

参考文献：

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