盾构施工引起的地表沉降分析

盾构施工引起的地表沉降分析

余昭炜

身份证号码：3602811991****XXXX湖北武汉430040

摘要：地铁由于价格低廉、车速快，已成为我国居民出行的首选交通工具之一，我国城市为此建设了大量的地铁工程，与地表工程的建设相比，地铁工程的建设难度较高，其在建设过程中常常会用到盾构机，而通用的地铁盾构施工常会带来地表沉降等问题。因此，我国亟需改善地铁盾构施工带来的地表沉降问题，以此减少其对地表建筑物的影响，保障我国居民的生命安全。本研究主要分析了我国地铁盾构施工引起地表沉降的几点原因及控制方法。

关键词：地铁盾构；地表沉降；施工技术

前言：目前城市地铁工程建设中应用最广泛的技术就是盾构法，与其他地铁工程建设技术相比，盾构法具有许多明显优势。地铁盾构法是一种新型施工技术，在城市地铁工程建设中得到了广泛的应用，其在应用过程中也不断得到改进、完善。利用盾构法建设地铁工程能够有效提高地铁工程的建设质量，优化地铁工程经济效益和社会效益。随着盾构法的不断成熟完善，其越来越适用于地铁工程施工建设，在地铁工程施工建设中发挥了不可或缺的作用，逐渐占据了传统的地铁隧道挖掘方法的应用市场，成为了目前地铁工程建设最常用的施工技术。地铁盾构法施工效率很高，安全性也很强。利用地铁盾构法进行施工时，主要的机械设备是盾构机。盾构机常用于地铁工程支撑稳定、注浆工作、挖掘工作。换言之，地铁工程的隧道建设可以通过盾构机完成掘进。同时，在掘进过程中，盾构机的盾壳还能起到支护作用，以便优化施工效果。

1盾构施工法特点分析

盾构施工法具有基本不影响环境，施工质量高、速度快机械化程度高等诸多优点，它的运用也非常广泛。但是盾构法施工因其施工特点，所以难免会对施工地点周围的土体造成扰动，进而因其地表沉降，对施工造成巨大影响，不仅延误施工进度，影响施工的工程进度，甚至还可能造成安全事故，使人们的生命财产安全受到破坏。所以，地表沉降研究是盾构法施工研究的一个重要方向。

2地铁盾构施工形成沉降的原因

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造成地层的移动

盾构机的设定土压值对于出土量有很大的影响，设定的内压值越小，地层受到的推力也越小，出土量很大，地层结构受到破坏，会造成地层的移动，致使地表发生沉降。而且由于地面表层存在混凝土路面、柏油路面等，与土体相比较为坚硬，不易变形，当土体受到扰动，发生松动或沉降时，土体和地面表层会出现一个很大的空隙，地层的结构因此改变，开始移动，导致靠近路面的地层结构缺少支撑力，容易发生沉降，不利于保障居民的出行安全。在地铁盾构机工作过程中，例如挤压、超挖、盾尾压浆等因素，都会对隧道附近的地层结构造成影响，导致地层移动，使土层变形，进而导致地层组织疏松，地层所受支撑力不足就会发生地表沉降。此外，由于盾构机自身结构的影响，会导致地层各结构受力不均匀，致使地层结构发生移动，在这样的情况下，地层各结构分布就会更加不均匀，导致地层进一步的损坏。

3控制地表沉降的措施

3.1合理选择盾构掘进模式

选择合理的盾构机掘进方式对减轻地层结构的移动和损失有重要作用，在施工前期，施工单位要结合施工现场的地形，并探测地层结构，根据地层的结构组成选择合适的盾构掘进方式，控制盾构机的掘进速度，减轻盾构机对土体和周围地层的扰动，避免地层损失，从而减少地表沉降，保护地面建筑物和居民的出行安全。盾构机常用的掘进模式有三种，开敞式、半开敞式（气压平衡式）和土压平衡式，不同掘进模式的特点不同，其适用的土质状况也有所区别，开敞式掘进模式适用于礃子面能够长期处于稳定状态的地层结构，因为礃子面比较稳定，所以其行驶的速度较快，半开敞式适用于礃子面的围岩比较稳定但是有地下水的区域，而土压平衡式常应用于上述两种模式不能应用的情况，如礃子面不稳定、土压大等，对于上述三种模式一定要明确其适用范围，结合施工实际，选择合适的掘进模式。

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优化盾构的施工参数

盾构机的施工参数也是决定其在施工过程对地层损伤程度的重要因素，是以，要合理设置盾构的施工参数，尤其是掘进时的土压力参数，如果土压力设置合理，那么出土量不会过高，地表与土体之间的间隙可以有效地缩小，支撑力比较高，不易沉降。在施工前，要使用盾构机进行试掘进，根据公式和施工实际计算合理的参数，从而优化盾构的施工参数。如果参数准确合理，则其掘进过程中的土压力比较科学，不易引发安全事故，可以减少地表沉降，从而减少盾构施工过程中的人力物力损失。

结语

随着城市化的地下交通网络发展，地下线路和水文环境越来越复杂，地铁施工所面临的技术问题越来越复杂。对此，应从地铁建设等多层问题分析，面对地铁施工多元化的难题，设计出合理的施工技术方案，将控制点设立在施工技术的关键点，以及部分施工方面与技巧的创新应用等。做好施工技术选择工作，才能确保地铁施工的质量与安全，也才能为城市轨道交通的发展与提升，起到相应的推动作用。由于科技水平不断提高，设备不断完善，在一些特殊地段采用冻结法、化学注浆等方法加固围岩，当隧道穿过建筑物时采用基底托换等方法，为处理好地下水采用降水深层回灌等施工技术，在全国地铁施工中也得到应用，并取得了一定的效果。

参考文献：

[1]应子水.关于地铁施工技术要点的具体分析[J].建材与装饰，2016（33）：196-197.

[2]王继山.复杂地质条件下地铁施工技术要点[J].低碳世界，2018（05）：278-279.

[3]毕文东.复杂地质条件下地铁施工技术要点[J].中国新技术新产品，2017（07）：79-80.

[4]宋建，樊赟赟.复杂条件下地铁车站施工关键技术[J].现代隧道技术，2012，49（01）：143-147.