城市地铁盾构施工引起的地表沉降分析

余长江

地铁是不同于汽车、公交车的另一种重要的交通工具，地铁给人们的出行带来了许多方便，城市中的地铁施工越来越多。地铁施工主要是通过地下作业的形式开展，具有很高的难度，稍不留神就容易造成地层变形，引发地面沉降。盾构法在地铁施工中十分常见，具有多种优势。本文首先分析了地铁隧道施工中地面沉降的原因，接着介绍了地铁隧道盾构法施工原理，然后探讨了盾构施工地表沉降的控制措施。

随着城市建设规模的不断扩大，地铁工程成为大城市发展的标志之一。地铁是重要的交通工具。其工程也是难点。目前，地铁施工主要采取盾构法，该方法不仅能够确保工程的稳定，还可以进行不间断掘进作业。盾构法适合各类软土地层和软岩地层的隧道施工，在地铁工程中十分常见。地铁工程是一项复杂系统的地下工程，难度系数很高，通过盾构法施工则面临着盾构机体积较大而造成地表沉降问题。因此，必须要严格检测地表沉降问题，保证工程质量。合理采用盾构法，确保地表沉降不能过大，需要相关人员高度重视。

地铁隧道施工中地面沉降的原因

地层损失。出现地层损失主要是因为盾构施工必然会存在实际开挖土体体积和竣工隧道体积的差值，这种差值的出现就会造成地层损失。实际开挖土体体积之所以会与竣工隧道体积有差别，其原因就是开挖土后势必会导致周围土体不断填补出现的损失，这样就会引起地层移动，导致地面沉降。

土体扰动后重新固结。随着盾构的不断推进，会对土体造成挤压，而且，在压浆的作用下，周围的地层会形成超孔隙水压区，其会随着施工的推移而消散，还原，这一过程对于地层的影响很大，很容易发生排水固结，导致变形，形成地面沉降。简而言之，就是由于土体扰动后重新固结等因素造成的变形和沉降，为了改变现状，需要充分了解地层条件、隧道直径等内容，并制定完善的施工要求。

地铁隧道盾构法施工原理

盾构法自诞生至今已经有百多年的历史。在地铁隧道中开展盾构法主要就是借助盾构进行掩护，从而可以正常开展地下作业，实现连续地层开挖等工作。盾构法需要借助盾构设备，因此其安装和拆卸工作很重要。要通过不断推进和土体开挖才能够实现持续地下作业，这也是盾构法的主要工序。

采取盾构法时，需要结合地铁的规划进行。设置盾构机时，要用明挖法在隧道某处建造基坑，这样才能够进行设备的安置。然后再向前开挖土体，安装盾构反力架等设备。设置牢固的盾构结构主要就是为了更好地开展地下作业，通过盾壳的掩护推进开挖。为了进一步使支撑力度更加强大，需要利用千斤顶，在随后的开挖、装配衬砌和应对地层阻力工作中，都离不开千斤顶的作用，这样才能够保持盾构能够继续推进。

盾构施工地表沉降的控制措施

掘进模式的选择。受到地层条件的限制，掘进模式也会有很大的不同。通常，一台盾构机可以有三种掘进模式，有土压平衡、半敞开式、敞开式，不同模式具有不同的施工参数，这三种模式可以实现盾构机的广泛使用。受到地质条件的限制，需要选择合适的掘进模式，这样才不会造成地表沉降。

优化施工参数。为了实现盾构最佳推进方式，这种参数的优化是不可或缺的。为了控制地表沉降。需要找到推进时对土层扰动最小、避免强度进一步下降、避免地面突起等施工的最佳参数。盾构的掘进参数有土舱压力、排土量和掘进速度、千斤顶顶力及分布、盾构坡度等等。这些参数不仅需要优化，还需要注意各自的目的，既有联系，又各自独立，目的就是为了减少地表沉降。

在盾构施工中盾构机的选择和性能很重要，为了确保土压平衡，促进盾构顺利推进，盾构机可从国外引进。为了确保施工稳定进行，减少地表沉降和地层变形，土仓中充满被切削下来的土，其所产生的压力要与推进产生的土压力和水压力平衡，从而保证地形稳定。根据土压力来确定其他压力，防止因出土速度过快造成地面沉降。一般情况下要了解盾构刀盘面的压力值，以及开挖面土体的压力是否出占据主要地位。开挖面的土体会因力度小而向后移动，要确保土体单元的垂直应力大于水平应力，以确保出土速度不会太快。

盾构在曲线上推进及盾构纠偏。盾构在曲线上推进时。需要进行盾构轴线的纠偏，这时候的土体没有多余的约束力来控制盾构的轴线，因此，盾构做曲线推进时一定要放慢速度，适当进行纠偏，减少地层损失。盾构在推进时会切换刀盘方向，注意切换速度，要注意转换的时间间隔，不宜太过频繁；及时调整掘进参数，并尽量优化，确保盾构机顺利掘进，而且需要有相应的限制，一旦超过这一限制幅度，就需要进行盾构纠偏；盾构曲线推进时，需要使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。如果是直线推进，就需要选择目前存在的位置和设计线较远处作为连接的直线路线，然后再重新进行管理；盾构法施工最忌讳推行速度过快，或者由于某一部位的速度过快而影响整个地下作业。油缸的油压需要高度注意，不可调节过快。调节各处千斤顶的油压和推力合力的作用位置，进行纠偏。总之，纠偏工作关系到盾构施工的质量。更关系到地层是否会变形。

衬砌接缝防水。如果衬砌接缝漏水，那么就会造成地层的水分流失，引发地层重压缩固结，这样势必会引发地表沉降。为了确保衬砌接缝具有良好的防水效果，需要采取相應的措施。一般可采用多孔型三元乙丙弹性橡胶止水条防止漏水。受到来自千斤顶和螺栓的双重之力影响，该防水条的缝隙会不断被压缩，从而起到稳妥的防水作用。

总之，地铁施工是一项复杂的工程，与社会的稳定和提高人们的生活质量有密切的关系。随着城市的不断发展，地铁工程不断提上日程，盾构法在地铁施工中具有不可替代的位置。如何通过盾构法减少地面沉降问题，是地铁施工的重点，需要相关人员高度重视，合理开展盾构施工。

（作者单位：中铁上海工程局集团有限公司城市轨道交通工程分公司）endprint