城市地铁隧道施工引起的地面沉降及处理

王涛涛

摘要：在基本建成小康社会的今天，城市化进程越来越快，为了满足人们出行交通便利需求，缓解地上交通压力，很多地区开始建设地下地铁，而建设地铁时的隧道施工不当又会引起地面沉降等问题，为了预防和解决有可能发生的地面沉降问题，本文对由城市里地铁隧道施工所引起的地面沉降的原理进行分析，并提出预防和应对方法。

关键词：城市地铁；隧道施工；地面沉降；解决措施

引言：

在我国，为达到基本建成小康社会目标，城市化进程越来越快，政府对于基础设施建设方面的投资力度也在逐渐加大，为了满足人们出行方便的愿望，缓解城市公路交通压力，越来越多的地铁正在被建设，而建设地铁的难度较大，常表现在建造时常会伴随地面沉降等问题，如何预防和处理问题的发生，对地铁建设有重要意义，本文旨在对地面沉降进行原因分析和讨论解决方法，以促进城市化发展，特别是最近几年，广泛引起各界关注和思考。

1、地面沉降

地面沉降分区域性下沉和局部下沉两种沉降类型。一般来说，发生地面沉降常会使建筑物倾斜或倒塌，还会破坏地基的稳定性等等，特别的，若在滨海城市发生地面沉浸，除了会出现上述问题，还会造成海水倒灌，极大地增加了社会损失。建筑倒塌造成的人员伤亡，电线毁坏，海水倒灌等问题都给人们的生产和生活带来很大影响。

据研究，引起地面沉降的原因有很多，如地壳运动、海平面上升等都会引起地面沉降，其中还包括有城市地铁隧道施工，城市地铁隧道施工也是引起城市地面沉降的主要原因，據统计，世界各国，出现地面沉降的城市多为正在建造地铁或刚建成地铁不久的城市，其事故的源头多为地下隧道施工，21世纪地铁得到快速发展的今天，如何解决事故源头，减少地面沉降，探索有效施工方法，是我们需要仔细深入研究的课题。

2.地面沉降原理分析

2.1盾构法隧道施工引起的地面沉降机理

盾构法施工是一种普遍用于修建地下遂道的施工方法。主要步骤为先确定开挖位置，然后在确定的位置开始挖掘，又用千斤顶用力推进到已开挖的位置，继续下一步挖掘，边挖边推进，边推进边挖，要确保挖掘和推进同时进行，节奏一致，而且要确保在缩回千斤顶的同时，使用液压举重拼装器一段段地再向前挖掘，直到整条遂道施工结束。由盾构法引起的地面沉降按起因不同可分为因周围土体涌入隧道引起的地面沉降、支撑结构后方的空隙并合引起的地面沉降、整个隧道下沉引起的地面沉降。

2.2盾构法施工造成地面沉降的影响因素

施工时有可能引起地面沉降的影响因素主要有以下几点：

①地质条件的影响；②土地性质的影响；③地下水位；④注浆的影响；⑤盾构外径；⑥施工过程。

土地的各种性质有时会对施工前需要进行的“问题发生可能性”的预测形成干扰，使预测的准确性很难得到保证。施工过程中未能很好地控制地层水位，地下水位不当可能会引起地层变形，从而发生地面沉降。另外，在推进盾构工作时，盾构压力舱的压力与地下水位影响原理相同，两者是通过影响了地层性质而引起的地面沉降，压力不稳定，或者稳定值偏大或偏小时，会导致地层变形。工程中注浆压力、注浆材料、注浆量都会对施工造成影响，注浆量应满足一定公式，注浆材料及浆液扩散也须满足一定条件。

3、地面沉降问题的解决措施

3.1盾构法控制地面沉降注意事项

3.1.1优化掘进参数

经多次实践和研究得最佳的掘进参数，经计算得到的改进后的掘进参数对于盾构施工控制地面沉降十分有效，首先对推进中的土舱压力、推进速度、压降压力、盾构坡度和姿势等进行分析，选择最优方案，选择合适的轴线偏差、地面荷载设计坡度以及转弯半径，以防止地面沉降。

3.1.2前舱压力

如前所述，前舱压力不当会造成底层变形从而容易发生地面沉降，一般来说，实际施工时，在盾构机切口前方（1.5倍盾构机外径+盾构机中心与地面的距离）范围内的地面沉降和土压力设定值有关，通过研究实践得到，当地面沉降量在负值时（负值0～2mm）为正常值，当负沉降值太大时，则对应的应该降低土压力设定值，如果数值为正沉降值，则应该增大设定压力值。同时，要分析实际施工状况，按照施工标准控制掘进速度。

3.1.3控制注浆

由于隧道有不同的深埋程度，应根据隧道实际情况选择合适的注浆压力，通常取“5～6个大气压”。还需要注意的是，实际注浆压力与计算得到的理论注浆压力值存在较大差距，所以实际施工时，要综合考虑压力损失和注浆液损失，设置合理注浆压力。采用跟踪压注固结浆液法可以很好地避免由土体的固结沉降问题所引起的地面沉降，进而防止地面沉降。

3.1.4衬砌接缝防水和纠偏方法

衬砌接缝防水能有效地解决衬砌接缝的水流失问题，一般在衬砌接缝处使用单行密封垫（氯丁橡胶与遇水就膨胀的橡胶的复合物。纠偏主要对千斤顶的油泵压力、千斤顶前进路线、盾构姿态等进行纠偏，且要注意，纠偏应做到合理轻度纠偏，不能过度纠偏。

3.2深入分析地质条件

工程地质条件主要包括有地层岩性、地形地貌、地质构造，水文地质条件等物理性质地质。在施工前要深入分析施工地点的地质条件、土地性质，要根据分析结果再按照标准，选用合适方法进行施工。

3.3合理控制施工

在施工过程中，要合理控制施工过程和严格要求施工动作，每时每刻注意观察施工状况和进程，防止新问题的出现，预测可能发生的问题，并在问题出现后能及时处理，排除会对接下来的施工有产生影响的可能性，懂得理论与实际相结合，充分合理地利用相关专业知识来解决问题，在施工时，要按照规范和该有的进程进行，保证施工质量，不能粗心大意，急于求成。施工员在保证施工质量的同时，也要注意施工时的安全防护，做好安全措施，如佩戴安全帽等，尽可能也要确保施工效率。

3.4地面沉降情况调查和检测

使用专业精准仪器，对地面情况进行检测，通过检测结果判断发生地面沉降的概率，主要手段包括地下水动态调查、建筑物破坏情况调查、地下管道破裂调查、雨季淹没调查、风暴潮调查等调查也有必要进行，对建筑的变形、倾斜、裂缝等问题要仔细观察，详细记录观察结果，并及时通知反映。要安排合理的观测和调查频率，早、晚各测一次，如需要，到了进程快，重要工程的时候，可以加大检测力度和频率。

3.5分级控制施工

实际施工时，要求设置预警值、报警值和极限值来控制隧道施工。预警值的设定要结合施工方法、开挖深度、工程地质等因素具体状况具体分析，除此之外，还要考虑周围建筑物、原有的管线等多种因素，全面考虑和分析各种影响因素后得到允许范围内地表沉降值。分级控制施工要做到：当地表沉降达到预警值时，此时应该密切观察各仪表数值变化情况和变化速率，根据仪表数值变化情况预测有可能发生的事故以便控制沉降情况的进一步恶化，有必要时，可通知其他专业人员，并准确传达情况，而若超过极限值时，将会引起地表结构改变，有时甚至会发生严重坍塌等重大的工程事故，所以一定要时刻观察设备仪表读数，杜绝这种情况出现。

结束语：

综上所述，我们可以得到：导致地面沉降的主要问题来源是隧道施工方法的不当，随着城市化发展，地铁已成为重要的交通工具，而减少建造地铁时发生的各种事故，各种问题的出现，对基础设施建设有很大意义，而且在很多细节方面，需要我们继续优化，希望大家能正确看待地铁施工，积极配合完成施工工作，大家一起构建更加美好的生活。

参考文献

[1]陈世超.地铁盾构施工对地表沉降的影响研究[D].安徽理工大学，2018.

[2]崔丽强.城市隧道施工诱发的地面塌陷灾变机制及其控制[J].价值工程，2018，3713：124-126.

（作者单位：中铁九局七公司）