地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题分析

邱家松

中交二航局成都城市建设工程有限公司

1 引言

随着时代不断发展，地铁交通已经成为人们出行的重要方式，相比于传统方式更具有优势，促使人们享受便捷的服务。地铁工程的不断增加促使人们对其施工的安全性、稳定性以及先进性提出全新的要求，灵活应用当前先进的盾构法施工，有效的解决地面沉降问题，提升地面建筑结构的安全性，为人们提供优质的服务。

2 盾构法概述

盾构法主要是指在施工过程中工作人员在地铁隧道开挖过程中灵活应用现有的保护罩功能的开挖设备，并且具备良好的衬砌，在实际的操作过程中，以设备为基础开展施工，将其作为施工的基础点，对岩土进行合理的切割，在施工过程中将施工产生的岩土碎屑及时清理，并充分发挥出衬砌的功能，实现高质量的施工。盾构技术是现阶段施工中的重点问题，灵活利用盾构机的优势开展施工，保证隧道施工的安全性，合理开展支撑，进而避免在施工过程中呈现坍塌或者渗水情况，以提升整体的施工质量。现阶段的盾构法施工技术应用较为广泛，在我国的地铁隧道工程中较为常见，充分发挥出其技术优势，保证施工整体质量与效率。受盾构法自身的性质因素影响，在实际施工过程中，容易出现地面沉降问题，因此需要工作人员进行合理的控制，选择更合理的盾构机以降低其影响。盾构机的种类较多，不同的盾构机呈现出的特点不同，如现有的部分敞开式盾构机以网格式为主，将隔板作为稳定机构，可以合理地适应流动性较大并且自稳定性较差的土层，呈现出明显的优势，工作人员可以合理地进行操作，降低其施工难度，通过简单的结构排出存在的障碍物，但该机构也存在一定的缺陷，如难以适应现阶段较为硬质的底层或者含沙率较高的围岩，存在一定的施工限制。全敞开式也是常见的型号，该形式构造中主要以机械式、受掘式以及半机械式为基础，该形式中主要适用于现阶段的块石地层、砂性土、黏性土等，具有较强的优势，如便于清理障碍物、资金成本较低、工作效率较高、工作人员投入较少等，可以从整体上提升施工质量，满足现阶段的施工要求。但该形式也存在明显的缺点，如在施工中存在一定的危险性，尤其是手掘式，劳动强度大，容易造成严重的经济损失。封闭式构造中，其形式以泥水平衡式为主，适用于现阶段的含地下水的松散型底层，在施工过程中可以灵活应用自身的优势提升其施工质量，调节精度较高，满足现阶段的施工要求，但其缺点在于施工进度较慢。工作人员在实际的施工过程中，需要根据现阶段的实际情况开展施工，针对性处理，根据实际情况选择合理的型号，保证其盾构机高质量施工，满足现阶段的需求。

3 地铁隧道盾构法施工中的地面沉降原理分析

在地铁隧道盾构法施工过程中，由于多种因素影响，施工对周围的土层产生明显的影响，降低整体的安全性与稳定性，不仅影响施工质量，还容易造成安全事故，造成地面出现沉降情况，影响现阶段的施工安全性。对于现阶段的地面沉降来说，现阶段受盾构的影响造成的沉降类型较多，如初始沉降、开挖沉降、尾部沉降以及沉降固结沉降等，其产生的原因也存在明显的差别，如初始沉降的原因主要是因为现阶段的土体受到其挤压造成的影响，变得更加密实，而对于现阶段的开挖沉降来说，则主要是因为压力过大造成的影响产生，具体来说其主要的原因在于以下几方面。

3.1 开挖隧道造成的土层损失

地铁隧道盾构法具有较为明显的特性，工作人员在施工过程中受其技术的影响必然会造成隧道的实际体积与开挖体积产生明显的体积差，造成现阶段的地层产生损失，并且在该施工竣工后当弥补层出现地层偏移情况，将造成现阶段的地面出现明显的沉降情况，降低整体的安全性。以实际为例，在开挖土体中，当出现位移情况时，应深入分析盾构自身的因素影响，分析其侧应力与水平应力之间存在的影响，分析产生的后果，尤其是因为该因素产生的

土体产生隆起情况，深入探索其现象。在现阶段的盾构施工后退现象也是影响因素，其主要的原因在于现阶段的施工中的盾构机会出现明显的暂停情况，并且在千斤顶的位置会出现漏油情况，其主要的原因在于开挖土体出现松动，进而引发地层的损失。当有土体挤入盾尾空隙中，将造成原浆量不足情况，难以保证其设置合理，造成现阶段的原浆不及时问题，甚至造成盾尾坑道土体出现失衡，出现土体的松动，当地层含水量发生变化时，将增大其损失的概率。在盾构隧道施工过程中，当其盾构机挖掘中可能出现由于土体因素造成前进方向的障碍物的位移，进而产生明显的孔隙。如果在盾构发展中未能合理进行填充，将造成现阶段的地层出现损失，甚至在盾构管片的拼装过程中受到明显的挤压，造成明显的变形。

3.2 受土体的固结性降低影响

在地铁隧道盾构法施工过程中，受盾构自身的性质因素影响，可能造成现阶段的隧道周围超空隙出现水压力，但在发展中当土体表面的应力在盾构后将造成一定的释放，超空隙水压力也随着降低，周围空隙的水将被排除，最终造成地面出现沉降情况。与此同时，在施工过程中，受其因素影响将造成挤压出现压力区，形成固结变形后造成沉降。

4 地铁隧道盾构法施工中的地面沉降影响因素分析

在地铁隧道盾构法施工过程中，现阶段通常运用美国的估算法进行计算，针对施工过程中产生的地面沉降效应开展合理的分析，主要表现在以下几方面。

4.1 盾构深埋因素的影响

对于现阶段的地面沉降来说，盾构深埋的影响较大，尤其是在软土隧道开挖过程中，一般其盾构的埋深大约在6m～10m，以保证其施工的合理性。在该环节中灵活应用现阶段的系数开展计算，其沉降量的计算为0.976。一般盾构半径参数为3.2m，地层出现的损失通常为2%，穿越黏土层，其盾构的埋深与宽度系数存在密切的关联性，并受其深度因素影响而增大。

4.2 地层损伤率的影响

地层损失分析中发现，现阶段在施工过程中地层损失率与地面沉降存在一定的关系，在计算过程中部分学者提出现有的估算法与实际的地层损失率较大的地铁隧道盾构法施工计算存在不合理之处，其主要的原因在于宽度系数的变化。例如，在计算过程中，将其与实际的工程相结合，地层损失率在5%以内，并取整数，将盾构埋深10m,现阶段的盾构半径与穿越土层的数值不发生改变，经过计算发现，现阶段的地层损失率的宽度系数发生明显的变化，随着其损失率的变化起沉降量逐渐增大。

4.3 盾构穿越土层性质因素影响

在地铁隧道盾构法施工过程中，受地下土层自身的因素影响，其出现明显的分类，因此不同的软土层隧道开挖过程中由于其土层性质因素影响，造成其地铁隧道盾构法施工中盾构在穿越过程中引起的地面沉降存在明显的不同。相对来说，在现阶段的地铁隧道盾构中保证其施工工艺不变的情况下，砂土层的沉降槽宽系数相对较小，进而造成的沉降较为明显。在研究过程中发现，当地层的损失率为2%时，盾构埋深设置为10m，并且其施工的盾构半径选择3.2m,通过计算发现二者之间的关联，此时再分析黏土层产生的影响，明确沉降槽宽度系数因素造成的后果，分析粉土层砂土层沉降槽的沉降量。

4.4 盾构半径的因素影响

在地铁隧道施工过程中，不同的工程其盾构的选择半径也存在明显的不同，例如在现阶段的单圆土压与双圆土压平衡盾构半径控制过程中，其范围通常在6-6.5m之间，对于现阶段的跨海或者江隧道施工过程中，通常其盾构半径为会更大一些，以保证其施工有效地进行，一般情况下在7-15m，通过假设计算，现阶段的单圆盾构、双圆盾构以及穿江盾构在发展中，其半径可以根据实际情况设计，如3m,4.5m,7.5m等，其盾构埋深为10m，地层的损失率为2%,通过合理的计算分析发现，现阶段的沉降情况与沉降面积受现阶段的横向沉降槽的宽度系数影响，其宽度系数越大其沉降的效果越明显。

5 地铁隧道盾构法施工中的地面沉降观测方法

5.1 观测仪器分析

现阶段在施工过程中，工作人员在进行地面观测过程中针对现阶段的观测仪器主要选择精密水准仪、铟钢水准尺、钢卷尺进行测量，沿着现阶段建筑物表面的沉降情况开展研究，将其误差控制在合理的范围中，尤其是相邻的高度误差，以提升整体的精确度。

5.2 进行沉降观测点布置

在实际施工过程中，应根据现阶段的实际情况开展测量，在隧道的中线上方的地面布置相关的距离点，将其控制在5m,每间隔四个布置点进行一个检测横断面的设置，并在其上根据实际情况设置五个观测点，以达到观测的目的。针对现阶段的软土层或者埋深较浅的区域来说，在进行设计过程中，应根据现阶段的实际情况对其进行判断，分析其条件因素产生的影响，合理设置监测点。在进行布置过程中，如果隧道的上方路面为混凝土，工作人员在进行设计过程中可以选择两个方式设置其观测点，如可以在混凝土的路面设置观测点，通常情况下可以根据路面的中线间隔一段距离设置一个观测点，其观测点需要布置在路面上，以保证其发挥出自身的功能，达到观测的目的。另一种是根据实际情况在现阶段的实际情况将其观测点布置在路面以下，并且在起该观测环节中起应根据现阶段的实际情况避免路面硬壳出现沉降测量起误差，以避免出现路面空虚情况，针对现阶段的实际情况选择方法测量，优化现阶段的模式，针对现阶段的实际情况开展测量，以满足现阶段的发展需求，实现合理的监测。

5.3 沉降监测频率分析

在进行施工过程中，为保证其合理的控制地面沉降，应根据实际情况对现阶段的沉降观测频率分析，从多个角度进行研究，明确其盾构的实际情况，通常情况下其盾构机头前的10m 位置或者其后20m 的位置应保证其进行合理的观测，根据实际情况开展研究，分析现阶段每一个观测点的实际情况，并保证其观测频率合理，直到施工位置的土层频率符合实际的要求。当出现沉降异常或者隆起情况时，应根据实际情况对现阶段的频率范围开展测量，以保证其满足实际需求。

6 地铁隧道盾构法施工技术分析

6.1 盾构出洞准备施工技术

现阶段在施工过程中，盾构的出洞施工是重点内容，工作人员应加强重视力度，从多个角度创新，以现阶段的实际情况为基础，明确施工其中的注意事项，做好施工设备与施工人员的准备工作，例如各项材料的准备去，保证后续施工的整体效率。工作人员还应重视盾构机的审核工作，针对出洞后进行严格的审核，保证整个施工过程的安全性，满足现阶段的施工要求，为工作人员营造优质的施工环境，清除施工中存在的安全隐患，提升施工质量。做好施工的加固与检查工作，在出洞后应将重点放在土体的加固方面，保证其周围的稳定性，针对其地下管线进行分析，避免其对施工产生影响。在施工过程中应注重其升降问题，情况分析盾构出洞的基座位置，根据实际的情况分析该位置，做好准备工作后开展施工，尽可能保证施工的精准性，达到施工目标。针对现阶段的盾构机进行合理的设置，明确空间因素对施工产生的影响，将配套设施与盾构机分别运输至施工场地，在场地上进行组装，保证整体的施工质量。

6.2 地铁盾构机掘进阶段施工技术

在该施工环节中，可以将掘进分为两个部分，一部分为初步的掘进试验环节，另一部分为正式的掘进施工环节，工作人员在施工过程中应根据实际的施工情况针对性处理，以保证施工质量。例如，在工作人员尝试掘进过程中，应重点分析施工模式，明确施工方案，结合工程的实际情况开展施工，分析现阶段的施工理念，针对性操作，保证相关的施工数据在标准范围内，按照施工初始参数开展，满足现阶段的发展需求。在施工现场如果受施工实际因素影响可能出现不合理情况，此时工作人员应针对其问题开展分析，根据实际情况对盾构机的参数开展适当的调整，保证其始终以正确的姿势开展施工，以提升施工质量。与此同时，工作人员在施工中还需要离开灵活应用计算机技术进行处理，通过技术优势明确其设备的掘进方向、刀盘掘进进度等，保证其掘进的稳定性。工作人员还应结合实际情况对施工土层进行分析，明确现阶段的设备运转情况，针对其情况进行处理，及时发现施工中存在的问题，保证施工进度与质量。

6.3 挖掘粉砂层阶段的施工技术

受实际的施工自身性质因素影响，在施工过程中容易受到外界因素的影响，降低施工质量与施工效率，尤其是地质因素，部分粉质黏土等相关的环境更容易施工。在部分砂土层中，经常为施工带来一定的难度，工作人员应根据实际情况针对现阶段的需求选择合理的施工技术，解决该土质层容易出现的喷砂情况，全面控制土体，加强对土体的流动性与止水性进行分析，以降低其产生的影响，提升施工质量。

7 结论

综上所述，在当前的时代背景下，地铁工程数量增多，规模增大，促使现阶段的盾构技术被广泛地应用在地铁隧道施工中，从整体上提升现阶段的施工质量，缩短施工工期，但其在应用中还存在较多的问题，应全面深化其技术，优化现有的沉降问题，以实际的需求为基础开展测量监督，从根本上避免其出现沉降问题，提升整体的施工质量。