地铁施工地表沉降及其管控措施

李明

摘要：随着我国城市化步伐加快，城镇居民数量增多，在满足了温饱之后，出行的方便成为一个大问题。城市人口和车辆的增多，不但带来环境污染的压力，交通拥堵也日益严重，成为一个全世界城市都不得不面对的函待解决的问题。在这样的背景下，地铁交通应运而生，其速度快，并且载客量大，运行平稳快捷，乘坐舒适，而且不占用地面空间，特点突出优势明显，己经成为各大城市发展的首选。地铁隧道的开挖，难免对地层造成扰动，引起地表沉降，基于此，文章主要研究地铁施工地表沉降及其管控措施。

关键词：地铁施工；地表；沉降；管控

引言

由于地铁主要设施位于地面以下，使得地下施工成为地铁建设工程的主体。在地铁地下施工过程中，地面沉降、塌陷和开裂等问题时有发生，不仅造成城市环境破坏，也给地铁工程自身带来巨大安全隐患。在地铁工程中，盾构结构施工往往会引发地表沉降现象，针对地铁盾构施工地表沉降问题进行深入研究，制定安全防范措施，对数量和规模不断上升的地铁工程来说无疑是十分重要的。

一、地铁施工过程中地表沉降原因分析

大量实际统计数据表明，地铁盾构工程中引发地面沉降的原因包括施工造成的地层损失、地铁盾构隧道附近地层因为遭受扰动和剪切破坏而导致的重塑土再固结等。在众多地面沉降现象中，施工地域地层受盾构推进造成的挤压、超挖以及盾构尾部压浆的影响而发生扰动，从而导致地铁隧道附近的地层形成正、负超孔隙水压力，最终导致的地层沉降称之为固结沉降。根据形成机理不同，固结沉降包括主固结沉降和次固结沉降两种沉降方式。受超空隙水压力消失影响导致的土层压紧密实形成的沉降是主固结沉降。因土层骨架结构发生蠕动使土层在剪切力作用下发生变形导致的沉降是次固结沉降。

二、地铁施工过程中地表沉降影响因素

1、注浆作业对地表沉降的影响

注浆作业是地铁盾构施工的重要组成部分。而注浆作业的好坏对于因盾构施工造成的地表沉降有着至关重要的影响，因而在地铁盾构施工中，注浆作业往往作为控制地表沉降程度主要措施。注浆作业中，对地表沉降影响突出的因素主要包括注浆压力的大小、注浆量的多少、有效注浆范围、加固体强度提高加值以及后挖隧道的扰动等。

2、盾尾空隙对地表沉降的影响

盾构机在土层中推进施工时，随着盾构机的挖掘运动，盾尾钢壳与地表土壤会呈现出周期性的紧密贴实和分离。当盾尾与土壤发生分离时，在注浆作业没用及时跟进发生效用的情况下，与盾尾发生分离的土壤会因为失去支撑压力而发生位移、崩塌等现象，随着土壤的运动与位移，盾尾与土体间的空隙再度被填满，土壤受力再次达到平衡。这一过程也是影响地表沉降的重要因素。

3、地表硬壳对地表沉降的影响

在城市环境进行地下施工，地面表层和地下深层土体往往呈现出不同的特性。理论计算结果和大量实际测量数据都表明在正常的盾构推进施工中，地面表层和地下深层土体所发生的沉降呈现一致性，但相对于地面表层，地下深层土体的沉降程度更加距离，受施工影响更加突出。这是因为城市环境下，地面表层往往由混凝土地面、柏油路路面等较为坚硬的材质构成，变形模量、抗弯刚度及抗变形能力等远大于地下深层土体。在受到相同作用时发生沉降的程度更低。由于这个原因，许多沉降外表看来并不明显，但实际上地面表层已经与其下方的地下深层土体发生分离，形成巨大空隙，从而给施工安全带来更大的安全隐患。

4、其他方面对地面沉降的影响

除了上述因素外，盾构纠偏、盾构发生临时停顿或后退、推进速度以及出土量发生改变等技术问题，都会对地表沉降产生影响。

三、地铁施工地表沉降管控措施

1、注浆控制措施

注浆的控制在地表沉降的控制中非常重要，它是减少顶管结构与周围土体的摩擦力、弥补隧道施工造成的地层损失的非常重要的措施，注浆的材料属性、注浆压力以及注浆是否及时都影响到地表沉降的大小。注浆的材料属性要符合设计要求，还需要根据实际工程情况进行调整。在具体施工中中，选取顶管管节外一层间隙土来模拟地层损失以及之后填补的注浆，起到了很好的模拟效果，其中选择合理的间隙土厚度寄注浆材料的属性非常重要。要选择合理的膨润土、纯碱等材料进行合理配比。应选择合理的注浆压力与注入时间。压力过小，无法有效弥补地层损失造成的地表沉降，压力过大，可能造成泄漏以及地表不合理的隆起等情况。

2、隧道埋深控制措施

隧道的大小形状确定之后，需要确定隧道埋深。一般来说，隧道深度越大，地表受到的影响越小，一些穿山隧道对山体的甚至非常小，而隧道深度也必须选择合理深度，如果过深，则会对始发井、接收井以及之后的基坑施工，隧道掘进产生不利影响，甚至会收到地下水的不良影响。在本工程中，由于隧道穿越区间水位之上共有4层土层，最上层的土层为杂填土，其多为建筑废渣，松土等，土质非常差，且仅有1.8m左右厚度；第二层为粉土，土层厚度较厚，大于矩形顶管隧道的高度，且粉土为四层土层中土质最高的土层；第三层为粉砂，颗粒较大，土层较薄，不符合要求，而本隧道为下穿隧道，也不适合太深而穿过两层土层。因此最终考虑经济、施工、地质等因素，选择在第二层粉土层进行隧道掘进，也使得隧道的埋深较浅。

3、顶推力控制措施

顶推力是整个顶管结构在隧道内前进的动力，为了突破顶管结构在前进中的各种附力，顶推力需要大于各种侧摩阻力，而且不能使侧摩阻力引起的地表沉降增加，同时，顶推力不当也会引起地表的不同程度的沉降或者隆起。在其他参数不变的情况下，由选取的初始顶推力过大，且随着之后推力的递增，就会出现异常的隆起，不符合实际规律，因此，要合理的控制顶推力的大小、方向以及增大规律，以免出现不合理的计算结果。在实际的施工中，需要根据千斤顶的最大顶推力及顶管结构通过的土层的参数决定合适的起始推力数据，推力过大，会引起土仓压力值过大、土体隆起等事故，推力过小，可能引起顶管结构无法正常前进甚至后退，引起开挖面坍塌等工程事故。在实际施工中，千斤顶的推力也应根据实际情况变化。

4、其他控制措施

除了上述控制因素外，还包括其它的控制措施。地下水位方面，由于本隧道所处地区地下水位较深，土壤固结因素引起的沉降影响相对较小，但仍不可忽视，在实际施工中，还要进行降水工作，同时定期进行水位监测，使得地下水的渗流影响尽量减小；隧道上方的荷载因素也非常重要，模型汇总选择一般交通道路的20kpa，在实际工程中，由于工程需要，龙门吊、起重机等重型机械必不可少，为了减小地表荷载，也要加强施工管理，合理安排，位于道路上的车辆无法减少，工地内的重型机械等应尽量减少通过，钢材等材料应堆放在不会产生影响的地方，减小地表的荷载。

5、危险部位加强监测

根据地表沉降的预测结果，选取沉降控制危险部位加强监测。监测内容包括：地表沉降监测、土体深部位移监测、地面建筑物的下沉及倾斜监测、管片衬砌变形监测、地下水位监测、土压力监测等项目。

结束语

隨着我国城市现代化建设步伐的逐步加快，地铁工程建设事业必将迎来更大的发展空间。地铁施工造成的地表沉降问题无法完全避免，但在对沉降机理和影响因素的深入分析的基础上，可以通过科学有效的措施予以控制。

参考文献

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