解析地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降

谢章建

摘要：随着时代的发展和社会经济的进步，我国的地铁数量越来越多。在地铁隧道的施工中，非常重要的一种施工方法就是盾构法，和其他施工方法一样，这种施工方法也会影响到周围的环境，并且还会引起地表沉降。文章以广州地铁六号线某区间隧道工程为例，分析了地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降，希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：地铁隧道；盾构法施工；地表沉降

中图分类号：U451 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0094-02

盾构法施工因为具有一系列的优点，因此，被广泛地应用于地铁隧道施工中。但是，采用盾构法施工，引起的地表沉降问题是不可避免的。我国在近些年内，对此做了深入的研究，但是因为地质条件总是特别的复杂，并且施工参数也是不断的变化，所以在一定程度上制约了研究的成效。本文以广州地铁六号线某区间遂道工程为例，分析了哪些原因会导致地表沉降的发生，然后统计和分析施工过程中现场监测结果，将盾构法施工所引起的地表沉降规律给找出来，从而指导后续工程的施工。

广州地铁六号线某区间遂道是双线隧道，覆土厚度在10～25m之间；地面以下3.0m左右含有地下水，施工采用的盾构机是德国生产的，也就是常见的土压平衡复合式盾构机，利用钢筋混凝土管片衬砌隧道内衬，保证一次成型，按照一定的原则来进行管片的拼接，将膨胀胶止水条应用到管片接缝。

1 现场监测的结果与分析

1.1 合理布设地表沉降观测点

在施工过程中，需要将地表测点合理地布设于左右线隧道上方地表中，一般来说，地表测点之间的距离控制在5m左右，沿着隧道中线的方向进行布设，同时，可以将横断面布设于左右线的地面环境中，要选择合适的位置，两个横断面之间的距离一般保持在30m左右，对盾构机掘进所导致的沉降坡度以及其他的影响等进行观测和调查。还需要将水位孔合理地布设于隧道的两侧，这是为了对地下水位的变化进行了解。

1.2 地面沉降监测结果分析

通过调查发现，隧道上覆地层有着很多的地质种类，比如人工填土层、淤泥及淤泥质土层、残积土层以及岩石全风化带等等，通过一段时期的观测我们可以得出这些内容：

在纵向地表沉降方面：

一是地质条件会在很大程度上影响到沉降的大小，如果地层相对比较软弱，并且没有较好的稳定性，那么就会有较大的地表沉降。举一个例子来说，本次工程中因为中风化地层有着较好的自稳性，在开挖的时候，采用的是敞开模式，也没有产生多大的地表沉降，一般都在7mm左右，最大的时候达到过20mm；而在开挖强风化地层以及全风化地层时，虽然采用的开发模式是土压平衡模式，对于沉降可以进行一定程度的控制，但是依然有着很大的沉降值，均值会达到16mm左右，最大的时候会达到50mm。

二是要想控制沉降，非常重要的一个关键就是即时注浆参数的调整，比如，在中风化地层中，如果即时注浆填充率在1以内，那么地表沉降在10mm左右，最大值在22mm左右；当即时注浆参数达到了1.2左右，就会降低地表沉降，其数值一般在5mm以内。在强风化地层以及全风化地层中，如果注浆填充率在1.2以内，那么地表沉降值就在25mm左右；但是当注浆填充率在1.3以上时，沉降值就会降低到5mm左右，也就是说控制了地表沉降。

三是要想控制地层损失，减小地层变位，非常有效的方法就是对盾构掘进参数进行修正，建立有效的土压平衡。通过观测的数据我们可以发现，在盾构始发阶段，土仓压力开始增加，但是未能和盾构前方地层的压力构成一种平衡，这样就会增大地表沉降。

在横向地表沉降方面：对观测的结果进行分析可以得出这些方面的结论：

一是要想判断盾构掘进对地层影响程度，非常重要的一个关键就在于地层条件，如果地层有着良好的自稳性，那么地表就不会受到盾构掘进十分大的影响。以本试验段为例，在中风化地层中，地表的最大沉降为4.5mm，距离隧道中线14m左右的范围会受到影响。在全风化地层以及强风化地层中，增大了地表沉降，通过观测可以发现最大的地表沉降值达到了15mm，沉降范围也得到了增大，延伸到了隧道中线30m的距离内。

二是隧道轴线6m范围内是盾构掘进的主要影响区域，沿着线路中线，不对称的分布沉降曲线，线路中心的沉降值最大；通过调查发现，沉降槽体积的70%都在距隧道轴线3m的范围之内。在这一范围内中风化地层中，沉降平均值在2.6mm左右，而在全风化地层中，却达到了14mm。而在距离隧道轴线5m左右的范围内，中风化地层沉降均值在2mm左右，全风化地层中沉降均值在11mm左右。由此我们可以看出，距离隧道轴线3m范围以内是主要沉降区域，而5m左右的范围内则是次要沉降区域。

三是在软弱地层方面，对于地表有着较大沉降的是后建隧道掘进。在右线轴线地表沉降方面，在中风化地层方面，总沉降值的15%左右是左舷掘进时引起的沉降值，这就说明左线掘进只有很小的影响。而在全风化地层以及强风化地层中，总沉降的25%左右都是左线掘进沉降引起的沉降值，在某些地段，这个数字还会继续往上升，甚至可以达到50%以上。

四是要想控制沉降，非常关键的阶段就是盾构通过和盾尾脱出后沉降。通过观测的结果我们可以发现，盾构通过和盾尾脱出阶段，有着较大的地表沉降值和沉降速率。在中风化地层中，盾构通过阶段地表沉降值在0.6mm左右，盾尾脱出阶段的地表沉降值在1.2mm左右，前者占到地表总沉降值的15%，后者占到地表总沉降值的34%。在全风化地层以及强风化地层中，盾构通过阶段的地表沉降值为4.3mm，盾构脱出阶段的地表沉降值在7.0mm左右，前者占到地表沉降值的25%，后者占到地表沉降值的45%，由此可见，控制沉降的主要阶段就是盾构通过和盾尾脱出阶段。

五是依据水位测量的结果我们可以发现，在土压平衡模式方面，盾构到达以及盾构通过时，升高了地下水位有0.2m左右，盾尾通过之后，孔隙水压力逐渐的消散，这样就慢慢降低了地下水位，我们将其比较于原来的水位可以发现，水位降低的数值为0.12m，在左线涌水的影响下，水位下降数值可以达到1.5m。如果采用的是敞开模式，那么地下水位就会一直的下降，这样就损失了比较大的地下水，有部分地段的水位下降的数值甚至可以达到5m，虽然，最终会恢复到原来的水位，但是地表沉降一定会在很大程度上受到地下水位下降的影响。因此，在具体的施工过程中，就需要对隧道涌水进行严格的控制。如果地段内有着十分富集的地下水，并且有着较大的水压力，那么就不能采用其他的开挖模式。

2 结论分析

通过本文对于地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降的分析，可以得出这些结论，一是很多因素共同作用产生了地表沉降，不仅关系着客观因素，也关系着主观因素，比如地层情况、地下水、施工方法、技术水平等等；二是通过分析我们可以发现造成地表沉降的主要因素是初始应力状态改变造成的土层变形、地层损失等等；三是还可以发现即使有着相同的地层情况，如果采用的是不同的施工方案，在地表沉降方面也会有所不同，也就是说地表沉降会在很大程度上受到施工因素的影响，比如土压平衡力的大小、注浆填充率的大小等等；因此，在盾构法施工的过程中，需要加强监测，及时进行信息反馈，从而对施工方案进行及时的调整。

3 结语

目前，在地铁隧道施工中，盾构法施工技术被广泛地应用到具体的施工之中，这是因为盾构法施工技术具有很多的优点；但是，我们需要注意的是：盾构法施工会影响到环境，并且还会引起地表的沉降，那么就需要加强监测，依据反馈的信息来对施工方案进行及时的调整。本文以广州地铁六号线某区间遂道工程为例，分析了地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降，希望可以提供一些有价值的参考意见。

参考文献

[1] 刘招伟，王梦恕，董新平.地铁隧道盾构法施工引

起的地表沉降分析[J].岩石力学与工程学报，2003，

2（8）：123-125.

[2] 刘银利.黄土地区隧道盾构法施工引起的地表沉降分

析[J].地下空间与工程学报，2007，2（1）：

87-89.

[3] 吴张中，李丽平.地铁隧道盾构施工地表沉降的预测

分析[J].路基工程，2007，2（4）：23-24.

[4] 李庆，杨璐，王场.地铁隧道盾构施工引起地表沉降

分析[J].企业技术开发，2011，2（5）：21-22.

[5] 何刚.地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析[J].

城市建设理论研究，2011，2（19）：234-235.