地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题及处治措施王佩--中国期刊网

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地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题及处治措施王佩

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：王佩

[导读] 摘要：地铁隧道建设环境错综复杂，在应用盾构法期间易发生地面沉降问题，阻碍正常施工，甚至诱发安全事故。

        中铁建大桥工程局第二工程有限公司广东省深圳市 518000
        摘要：地铁隧道建设环境错综复杂，在应用盾构法期间易发生地面沉降问题，阻碍正常施工，甚至诱发安全事故。文中概述了在地铁隧道施工中因盾构法引起的地面沉降原理，分析了引起地面沉降的主要影响因素及地面沉降观测方法，旨在为解决地面沉降问题提供一些参考。
        关键词：地铁隧道；盾构法；地面沉降
        引言
        随着城市建设的不断发展，地铁隧道的修建越来越多。地铁隧道的施工场地通常在城市中心，周围房屋及地下管线较多，特别容易对周围环境造成扰动，造成地表建筑物的损坏。地在地铁隧道施工中因盾构法引起的地面沉降，继而引起安全事故，因此，地铁施工过程中对周围的地面沉降进行及时观测和有效控制十分重要。
        1盾构法引起的地面沉降原理
        1.1隧道开挖破坏了地层稳定性
        在地铁隧道盾构施工中，我们要兼顾多个方面的影响因素，盾构施工包含了多个操作环节，在对地层进行开挖的过程中，受外部作用力的影响，隧道外层的物质会随着内部向心力涌入到隧道中，彼此相互挤压移动，对地层的稳定性影响较大。隧道开挖后，地表土体结构会发生改变，特别是在使用盾构法施工中，掉应力的把控是比较严格的，如果应力波动幅度过大，那么随着地层的移动和土体的缺失，地层就会呈现一个不稳定波动，出现较多的土体隆起。土体被挤入盾尾的空隙中，隧道向外扩充，如果压降量没有达到预期的标准，就会使得压浆压力出现范围性波动，导致盾尾坑道土体失衡，尤其是在水体含量不稳的地层，更容易出现地面大幅度波动沉降问题。
        1.2土体稳定性降低
        盾构施工中涉及的设备比较多，盾构设备的体积比较大，在运行的时候，会对地层产生强烈的振动幅度，使土体结构受到破坏，盾构施工所形成的隧道周围有一层空隙，空隙的存在使得水流流入到了隧道中，在盾构设备持续推进的过程中，大量的水流进入到其中，空气内部的水压力逐渐降低，内部压力的失衡导致地面沉降现象的出现。盾构施工所产生的压力比较大，持续性的土体波动幅度较长，如果没有进行合理的处理，会对土体造成较大的破坏。
        2地铁隧道盾构施工引起地面沉降主要影响因素分析
        2.1覆土厚度与盾构外径的影响
        在盾构施工中，存在的不可控因素比较多，很多因素都与盾构外径大小有着较为密切的联系，正常情况下，盾构外径是呈动态变化的，其外径长度越大，盾构施工中对土层的波动幅度就越大，在同样的地层波动中，随着沉降槽宽度的增加，其地面下沉深度也会相应增加，隧道的覆土厚度与盾构外径之间呈方向关系，也就是说，覆土厚度越大，地层更加稳定，地面沉降值就越小。
        2.2盾构穿越土层性质
        盾构施工中所涉及的土层种类比较多，很多土层都处于中间节点，不同的土层其物理性质不同，在盾构施工中，所体现出来的地面沉降现象也有一定的区别，在软土层中，所包含的穿越砂土层的隔离系数比较小，沉降量也更低。基于盾构结构的不同，在穿越不同土质中所产生的地面沉降效应是有一定区别的，穿越砂土层相比于黏土层，宽度系数要低一些，所产生的沉降量更多。
        2.3地下水流失因素
        在深度隧道施工中，地下水流失会造成水位的降低，这对于盾构施工中地面的稳定性有着极大的影响，尤其是在桩基孔隙率较大的地层，地下水流失造成的地面沉降现象更为严重，盾构机运行的时候，对土层的波动影响较大，当盾构机长时间未工作，地下水就会通过盾构通道流向挖掘面，使得地铁隧道方向与水连通，在水的贯穿作用力下，隔水层水位降低，地下水位也会降低，停止挖掘使得开挖面水量大幅度流失。如果地铁隧道表面的土层较为松散，而且没有一个良好的密封性，在盾构施工的时候就容易形成上下连通的水力通道，随着盾构机的推进，引起地面沉降。

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        3地面沉降观测方法
        3.1沉降观测点的布设
        正常情况下，沉降观测点布置在岩隧道的中线地面上，地面布设点的距离控制在5m左右，每个检测断面上布置5个观测点。现在隧道的中线上设置一个点，点与点之间的距离左右间隔为5m。对于不同的地层布设点距有着一定的变化，在软土地层，要根据隧道的深埋度和周围地质条件做出合理的调控，对监测点和断面进行加密。如果隧道上方路面为混凝土，在沉降的时候可以采用两种布设方式：一是混凝土路面观测点布置，在路面中心处每隔20m布设一个观测段面，在路面表层上，从而更好的观测路面沉降量；二是路面下方土层布设观测点，这样可以防止路面硬化造成观测误差。
        3.2沉降观测率
        为了对地面沉降进行全面的把控，我们需要合理调控盾构过程中的观测频率，可以在盾构机头前10m位置处每天早晚各观测一次，根据数据变化调整观测次数，保证观测数据的准确性。在观测范围内，要每周对观测点进行检查，保证观测点土层处于稳定状态，如果土层沉降或者隆起超过了规定的限差，需要进一步加大观测的范围和频率。
        4盾构施工沉降的控制措施
        4.1地面初期沉降的控制
        盾构施工初期仅存在微量的沉降现象，在推进压力的作用下，渗透性不足的软黏地层极易出现此方面的问题。实测资料表明，开挖面前方约10m处的土层已经存在附加应力，随施工的推进，至前方5m时该应力值约为0.02MPa。为控制初期沉降，较为关键的举措在于调整盾构施工的状态，使其具有连续性与均衡性，缩短中途停机时间。
        4.2开挖面沉降的控制
        通过对土仓压力的设定与动态化调整，达到控制开挖面沉降量的效果。经过计算后确定土仓平衡土压力控制标准，动态调整螺旋机出土量、推力、贯入量等参数，以达到维持土仓压力稳定性的效果。
        4.3土压的动态化控制
        掘进阶段严格控制螺旋输送机的工作状态，保证其出土具有均衡性，减小土压的波动范围。拼装阶段以施工进度为准，在每环停止掘进前均应创建相对较高的土压值，若因时间的延长出现土压下降的情况，则采取间歇推进憋土稳压等方法，经过加压后使土压维持稳定。
        4.4盾构通过时的沉降控制
        盾构通过期间的沉降持续时间较短，极易在短时间内发生大范围的沉降。对此，应改进盾构筒体的直径，尽可能保证盾构首尾直径具有一致性。盾构施工期间协调好各项要素的关系，实现连续的盾构掘进，加强对盾构姿态的控制，避免不必要的纠偏行为。
        4.5盾构通过后的沉降控制
        盾构通过后的控制为地面沉降控制全流程中的重点内容，原因在于此阶段的沉降几乎达到施工全程总沉降的40%~45%。同步注浆是较为关键的控制方法，做好此方面的工作可减小盾尾空隙区域的地层变形现象，提高隧道的抗渗水平，管片衬砌可维持相对稳定的状态。
        4.6固结沉降的控制
        以盾构通过后长期地面监测信息为立足点，采取合适的后期固结沉降控制措施。管片上存在预留注浆孔，可以通过该处组织注浆作业，达到抑制沉降持续发展的效果。从粉质黏土整个沉降周期的角度来看，后期沉降具有持续时间长且难以避免的特点，但仅占到总沉降量的5%左右。
        结束语
        城市轨道交通对缓解城市交通压力具有重要作用，其中地铁隧道为关键施工内容，受现场地质环境、周边建（构）筑物、施工作业方法等方面的影响，易发生地面沉降现象。文章对地面沉降提出具体的处治措施，以提高地铁隧道盾构施工水平。
        参考文献：
        ［1］杨楠.盾构隧道施工引起的地表沉降及控制措施分析［J］.工程技术研究，2017（04）：112-114.
        ［2］邹师.地铁隧道盾构施工中的地面沉降问题研究［J］.岩石力学与工程学报，2017（07）：129-132.
        ［3］甄志平，张英秋.盾构施工引起的地面沉降浅析［J］.物流工程与管理，2006（02）：73-74.