临近既有深基础盾构施工地面沉降研究

临近既有深基础盾构施工地面沉降研究

胡树钧

胡树钧

中国邮政集团公司攀枝花市分公司四川省攀枝花市617000

摘要：盾构法是地铁工程施工的主要方法，在具体施工过程中避免不了会对周围岩土体带来一定的扰动，从而导致地表沉降，极易对地面建筑物和既有管线设施带来影响。文中分析了盾构施工地表沉降的原因，并进一步对盾构施工地表沉降的控制措施进行了具体的阐述。

关键词：地铁；盾构施工；地面沉降

引言

在当前地铁施工中，通过采用盾构法可以有效的保证工程的稳定性，同时实现了不间断的掘进作业。由于盾构法适合各类软土地层和软岩地层的隧道压塌，因此在地铁工程中较为常见。但由于盾构机体积较大，因此极易导致地表沉降问题发生。因此在盾构施工过程中，需要对地表沉降问题严格检测，合理采用盾构法进行施工，严格对地表沉降进行控制，确保地铁工程的质量。

1盾构隧道地面沉降规律

地面沉降规律就是盾构掘进引起的区域性地面标高沉降规律。盾体到达前地表变形主要因盾构推进压力波动引起，自开挖地面观测点到开挖面位于观测点正下方产生的隆起显性，开挖面土体原有土压力保持一定的平衡。从盾构切口达到观测点到盾尾离开测点这一时间段出现地表沉降现象，是由于盾体向前掘进的过程中形成一个剪切滑动面，盾尾通过了测点之后产生地表沉降以及掘进过程中刀盘对土体的扰动，是因为盾体的外径比管片要大，从而造成土层应力释放，最终引起地表变形。后期沉降其实可以说是盾尾脱除7d后出现的地表沉降现象，其表现了地层沉降的时间效应，盾构法施工中刀盘切口沉降及盾尾脱出后的沉降量较大，刀盘切口沉降变形控制要素是土仓上压力，要想控制脱出盾尾后沉降的现象，那么就要做好盾尾间隙及时同步注浆的工作。

2地铁盾构施工中地面沉降的原因

2.1形成土体扰动

地铁盾构机在前进到有地下水的区域时，地下水流原有结构会遭到破坏，地下水的水位因此下降，达不到原来的水平，而原来由其支撑的土体将会发生扰动，进而发生沉降，其不仅阻碍盾构机的前进，而且还可能导致安全事故。此外，盾构机在行驶时会不断接触土体，对土体造成较大压力，使土层松动，在盾构机通过后，土体将会发生沉降。盾构机的推力也是造成土体扰动的重要原因之一，如果盾构机的质量不好或驾驶员的技术不足，在行驶中盾构机的推力就会不断发生变化，导致其对土体的压力不均，土层会发生沉降或隆起，导致土体受到严重的破坏。此外，盾构机的盾尾间隙无法像其他结构一样支撑土层，在盾构机通过时，土层突然失去支持力，开始松动下陷，有的泥土卡在盾构机盾尾间隙，可能会影响盾构机的正常工作，进而影响地铁建设的进度。

2.2土层压力

地面沉降与土层压力设定之间存在关系，22根千斤顶将土层压力传递给盾构机，当外部土层压力小于盾构机设定的土层压力时，就会造成盾构地面出现隆起情况，反之则会出现沉降情况，当这个情况严重时直接造成地面坍塌。所以掘进过程中要准确掌握土层压力。

2.3土体扰动后重新固结

当盾构机在推进过程中会对土体造成挤压，在压浆作用下周围地层会产生超孔隙水压区，而且随着施工的推移而消散、还原，这个过程中会对地层带来较大的影响，容易出现排水固结，导致变形，从而引发地面沉降。

3盾构施工地面沉降的控制

3.1优化施工参数

在盾构掘进过程中，通过对土舱压力、排土量和掘进速度、千斤顶顶力及分布、盾构坡度等掘进参数进行优化，确保其彼此联系和各自的独立性，以此来减少地表沉降问题的发生。在盾构施工过程中，需要科学合理的选择盾构机。通常情况下需要多国外引进盾构机，施工时土仓切削下来的土所产生的压力要与推进产生的土压力和水压力保持平衡，这样才能保证地形的稳定性，减少地表沉降和地层变形情况的发生，确保施盾构机的稳步推进。由于施工进需要根据土压力来对其他压力进行确定，因此要了解盾构刀盘面的压力值和开挖面土体的压力，当开挖面土体因力度小而向后移动时，则要保证土体单元的垂直应力要大于水平应力，以此来控制出土速度，避免出土速度过快而导致地面沉降问题发生。

3.2控制盾构刀盘的切换

盾构机的刀盘是决定其掘进功能的关键，在使用刀盘时，如果不注意其对山体开削和土体的影响，其就会对地层造成较大的损失，使地表更容易发生沉降。是以，驾驶员在切换盾构刀盘的转动方向时一定要密切关注周围的土体情况，一但出现意外情况，立刻采取措施解决，另外，在切换刀盘转动方向时，要合理控制刀盘的转速，减少刀盘转动对周围土体的扰动，而且在切换方向的过程中要等前一个方向的转速或电机电流变零后，再进行这个方向转速的加载，尽量放慢加载过程，如果加载过程出现突然终止或不动的情况要立刻停止方向的切换，并采取解决方案。由于这个过程中技术难度较高，转速不好控制，施工单位要选择经验丰富的工人来操作，减少盾构机对地表沉降的影响，尽量消除人为因素造成的损失，保障工人的生命安全，加快地铁工程的建设速度。

3.3控制地表沉降

设计人员在设计时很少会考虑到隧道是否有高层建筑。而实际隧道工程地面是否存在高层建筑对于施工是存在很大的影响的。如果地面并无高层建筑存在，那么施工人员就可以通过采用土压平衡方式进行掘进，只要能够保证出土量以及注浆量的稳定，在这期间严格监测好地表沉降的数值，保证地表一直处在合理的范围内，该路段的隧道工程就能够按期完成。在进行相关的隧道施工时，要建立隧道沉降控制网，监测好每一段隧道的沉降量，并对周边的环境、土层、地面进行监控，每一次设备反馈回来的盾构监测点都需要进行数据分析，将地面变形控制在地表的-30以及地面的+10mm以内。如果没有达到相关的要求，施工人员要及时对隧道现场进行调整，找出原因，并做好应对措施。施工中施工人员可以先对盾构挖掘的参数进行优化，保证开挖面的稳定，以及周边环境的稳定。在挖掘中倘若遇到砂层，可以对该层填充，填充的材料可以是泡沫、聚合物等膨润土对该层进行改良、填充。在施工过程中，要对盾构机设备的进出口进行加固，保证洞口不会由于盾构机的来回进出出现洞口坍塌等情况，在盾构机工作期间，操作人员要严格加强对盾构机的控制，保证用低速转动进行挖掘，避免对隧道造成过大的伤害。部分隧道需要采用曲线挖掘，但是土体本身对盾构机并不会产约束力，这个时候施工人员很难控制好盾构的轴线，在进行曲线开挖时，容易造成偏离轨迹的现象。这个时候操作人员要能够控制好盾构机的挖掘速度，将盾构机的挖掘速度降到最低，不能够操之过急。同时准备好足够的注浆量以减少在进行挖掘工作时对土层的伤害。在进行相关的操作时，施工人员必须按照相关的操作，保证土层不会受到影响，同时也要做好相关的隧道防水工作。

结语

地铁作为一种价格便宜、绿色环保的出行方式，对其的建设势在必行，但其盾构机施工导致的地表沉降问题一直是影响地铁施工进度的重要因素，以此，施工单位要认真分析研究地铁盾构机施工引起地表沉降的原因，并采取措施减少地表沉降现象的出现，加快我国地铁的建设速度，便民出行。此外，施工单位还要对盾构机的运行模式进行分析，并结合施工现场的情况选择合理的盾构掘进方式、优化其运行参数，保障盾构机施工的高质化、高效化。

参考文献：

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[2]黄俊，张顶立，虞辰杰.地铁隧道开挖引起地表塌陷分析[j].中国地质灾害与防治学报，2014，15（1）：65～69.

[3]孙亮.地铁隧道盾构施工引起的地表沉降与控制技术研究[J].科技信息·下旬刊，2018.