探究城市地铁盾构隧道地表沉降

探究城市地铁盾构隧道地表沉降

范中雪

中国电建市政建设集团有限公司天津市300384

摘要：地铁盾构隧道是城市建设工作的重点，以现阶段城市化建设工作情况为基础，结合近年来地铁盾构隧道施工特点，明确地表沉降的发展过程，分析城市地铁盾构隧道地表沉降的特点和实施方案，以此为城市构建地铁提供有效依据。

关键词：城市地铁；盾构隧道；地表沉降

1地表沉降的发展过程

1.1地表沉降的原因

应用盾构法建设时，必然会带来地层损耗和盾构隧道受到影响，或剪切破坏的重塑土的在固结，这也是地面出现沉降的主要因素。导致地铁盾构施工出现地表沉降原因主要分为以下几点：其一，开挖面土体移动；其二，盾构后移；其三，土体挤入盾构缝隙中；其四，变化施工的方向；其五，在盾构外周粘着一层土时，盾尾后隧道管片外周环形空隙会扩大，例如不需要增加压浆量，地层的损耗非常严重；其六，在土压力影响下，隧道管片出现的变形也会带来必定的地层损耗；其七，隧道管片衬砌沉降过高的过程中，会带来难以忽视的地层损耗问题；其八，影响土体固结沉降。

1.2地表沉降发展过程

盾构在挖掘不同地层的过程中，带来的地表变形可以分为五个阶段：先期沉降、开挖前、通过时、盾构间隙以及后期，出现问题的原因具体如下：其一，先期。出现地表沉降的原因在于地下水位下降，孔隙水压力降低，围岩有效应力提升，最终出现压缩、压密以及下沉等问题；其二，开挖面前沉降或隆起。在这一阶段出现地表沉降的主要原因在于工作面处受到压力影响，过高时很容易隆起，过低时又会出现沉降，围岩应力得到拓展，影响负荷土的压力，最终出现弹塑性变形；其三，通过时。在这一阶段出现地表沉降，是因为受到施工的影响，盾构与围岩间剪切错动，掉渣，人为因素影响地基土的结构原状，最终出现压缩问题；其四，盾构空隙沉降。在这一阶段出现地表沉降是因为围岩失去支撑力，管片背后的注浆不符合规定，应力释放，最终出现弹塑性变形；其五，后期。这一阶段出现地表城建的原因在于结构变形、地层受到人为因素的影响，空隙水压降低等，土体固结，最终出现压缩和蠕动下沉的问题。

2地铁盾构下穿既有铁路沉降控制措施

2.1盾构隧道施工合理化、科学化

1)加固地基。在该地铁盾构下穿既有铁路施工之前，通过设置复合锚杆对铁路桥桩周围土体进行加固，以加强土体的整体性，保护桥桩。同时在具体施工中，根据该地铁盾构隧道的埋深度以及地质情况，对地基进行加固，在铁路两侧设置旋喷桩，防止浆液大面积地扩散，确保该地铁盾构下穿既有铁路推进过程中对土体压力起到一定隔断作用，还能有效起到控制地面变形的作用。2)合理控制推进速度。在推进过程中，利用土压力传感器所测出的相关数据来控制推进速度，一般将千斤顶的推进速度控制在2～2．5cm/min，确保推进速度处于稳定的状态，保持盾构控制方向恒定，并和出土速度以及注浆速度相匹配，进而避免出现大量的纠偏情况。3)严格控制盾构姿势。该地铁盾构下穿既有地铁施工中，把控好推进轴线，使推进轴线和原设计轴线一致，保证轴线均匀分布在盾尾间隙处，同时为保证盾尾不出现漏浆情况。4)根据具体掘进情况，控制好掘进参数。根据该地铁各地层理论计算的出土量结果，控制好实际出土量，并根据计算值合理设定土压力值。同时对推进中的参数进最优设置，推进速度、轴线偏差以及刀盘油压等参数进行合理设定，科学帮助指导实施。5)采用合理科学的信息化手段，加强盾构施工监控力度，实现信息化施工。该地铁盾构下穿施工对既有铁路的安全性有着十分重要的影响。所以，必须加强施工监控力度，随时掌握施工情况，及时发现并处理施工中的变形问题，及时改进施工存在的不合理问题，为该地铁盾构下穿既有铁路的实现安全施工打下良好基础。施工单位在隧道外和隧道内部设置监测点，对隧道外的地表沉降、水位监测以及线路沉降等进行监测;对隧道内沉降监测、管片和围岩的接触压力以及钢筋内力等进行监测。施工中根据监测结果，不断调整并优化施工参数，利用信息化手段，做到动态管理盾构施工全过程。通过应用高精度的连通管进行自动化监测，一旦达到设定的预警值，有关人员应及时调整施工参数，针对该问题分析具体的原因，以便及时采取应对措施，避免出现地表沉降，从而使正常施工受到影响。

2.2确保同步注浆或及时进行二次补浆

盾构施工过程中，必须进行同步注浆，保证浆液处于饱满状态，所以，必须严格控制注浆压力。如果注浆压力过小，会使浆液的填充速度变缓，出现不能及时填充情况，若存在空隙，极可能使地面的变形量变大;如果注浆压力过大，管片外边的土层会受到扰动，使盾构施工后期出现地表沉降。因此，在施工中必须严格把控注浆压力。通常来说，同步注浆和盾尾有着紧密关系，注浆压力一般要略微＞静止状态时的土压以及水压之和。注浆压力要控制在0．15～0．25MPa，并合理配制浆液，保证浆液在填充至间隙后的6～8h能达到初凝。另外，采取跟踪注浆方法，有效控制盾构施工的后期沉降。后期沉降发展的速度比较慢，但其累计值还是不容忽视，约占总沉降量的50%。后期沉降大多是由于固结沉降导致的，对此，采用跟踪压注固结浆液方法，能有效控制后期沉降。及时进行二次补浆，同步注浆和二次补浆必须到位，保证盾尾管片和地层间隙密实。当管片脱开盾尾大约5环时，有关人员就需注意要开始二次注浆，注浆量大约是同步注浆的30%左右。由于上次注入的浆液凝固，会导致收缩现象发生，进而产生空隙，所以，在该地铁盾构施工过程中要多次且少量补浆的方式进行补浆。二次补浆的时间要根据该地铁盾构施工中地面沉降的具体情况而定。同时还需保证盾构推进的连续性，在最后面的台车上设置补浆车，适当储备浆液。另外，对该地铁盾构下穿段落通过二次深孔注浆，范围控制在隧道拱顶外3m左右。

2.3合理选择盾构机

盾构机的选择应按照安全可靠性、经济性、技术先进性等方面综合考虑，所选择的盾构机要尽可能减少一些辅助施工方法的使用，保证盾构施工开挖面的稳定性以及适应围岩的条件。同时根据该地铁盾构下穿既有地铁的周边地质情况、隧道断面尺寸、沿线地形等因素，选择能满足该地铁地区地质情况的掘进盾构机。

控制盾构挖掘对降低地表沉降的影响有积极的引导作用，其中操作方案如下所示：其一，推广信息化施工。在挖掘时，要第一时间向盾构机操作工作者传递检测获取的各项信息，确保其可以正确调节盾构机挖掘的数据，以此管理地表的沉降或隆起；其二，导致地表展现出严重的沉降问题，一般会在开挖的初期中出现。对长隧道而言，地表沉降的最大值会出现在隧道的前期施工中，所以施工团队要对这方面进行深入研究和分析；其三，挖掘隧道时，在盾构推进时会影响其工作方向一定区域内的土体隆起，在这一阶段施工团队要注重观察施工上方的管线和建筑物变化。

结束语

综上所述，现阶段有关隧道开挖地面沉降的研究虽然获取了一定成绩，但依旧存在很多现实工程问题需要解决。因此，施工团队在接下来的发展中，要加大研究，从多角度入手，结合新时代环境提出的需求，构建全新的工程建设理念，以此为城市盾构隧道施工的有序进行提供保障。

参考文献

[1]杨志先.成都地铁盾构隧道掘进参数研究[J].水利水电施工,2017(05):76-79.

[2]陆瑶,刘俊岩,刘燕,张亮亮.地铁盾构隧道近距离侧穿建筑物安全性分析[J].施工技术,2017,46(S2):87-91.