盾构隧道施工引起的地表沉降探究

邓建峰

摘  要：文章以某工程实例为依托，分析了隧道盾构施工中的地表沉降情况，在此基础上提出控制地表沉降的有效措施。期望通过本章的研究能够为同类工程提供借鉴参考。

关键词：盾构法;隧道施工;地表沉降

中图分类号：U231.3        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）26-0057-02

Abstract： Based on an engineering example， this paper analyzes the ground settlement in the shield tunnel construction， and puts forward effective measures to control the ground settlement. It is expected that the research of the text can provide reference for similar projects.

Keywords： shield method; tunnel construction; ground settlement

近年来，我国的隧道工程呈现出不断增长的态势，而盾构法以其自身所具备的诸多优势，在隧道施工中得到广泛应用。盾构隧道施工中，由于受到一些因素的影响，使得地表常常会出现沉降现象。为确保隧道盾构开挖的安全、有序进行，应当采取科学合理、行之有效的措施，对盾构隧道施工引起的地表沉降进行控制。

1 工程概况

某隧道工程采用盾构法进行施工，其中盾构区间的左右线全长分别为1196.59km和1190.76m，左线与右线的间距为12.0-24.2m。在该隧道盾构区间内设有联络通道及废水处理泵房，盾构区间的隧道直径为6.0m，拱顶最大埋设深度为28.6m，最小埋设深度为11.1m，隧道结构底板的埋设深度为31.8m。在本工程中，盾构区间内的地形相对比较复杂，以台地为主，最大与最小高度的差值为17.0m左右。工程场地内的土体从上到下依次为人工素填土、可塑性黏土、硬塑性黏土、全风化泥质砂岩、强风化泥质砂岩、中风化泥质砂岩。孔隙水为山层滞水，隧道施工场地内地下水的最大埋深标高为30.4m。施工现场监测数据显示，在该隧道施工过程中，地表出现沉降，具体的变化情况如下：隧道开挖初始阶段，地表沉降值的变化幅度在5.0mm以内，随着开挖的不断深入，地表沉降量随之增大。为保证隧道施工的安全、有序进行，应当采取合理可行的方法和措施，对地表沉降加以控制。

2 盾构隧道施工引起地表沉降的处理

2.1 地表沉降监测

为在该隧道盾构施工中，对地表的沉降值进行准确获取，选择沉降量变化较大的截面布设监测点。距离隧道轴心位置处的两个监测点，从2月6日到2月28日的监测结果如图1所示。

从图1中可以看出，该点位处的沉降量变化相对比较显著，在施工一周后，地表的下沉情况趋于缓慢，后续的沉降主要是固结引起。

从图2当中可以清楚的看出，从2月28开始，到3月14日时，沉降基本达到稳定状态。然而，因监测点处容易出现超挖的状况，由此会导致地层损失增大，进而引起地表沉降。为避免这一问题的发生，需要在施工中采取行之有效的控制措施。

2.2 明确沉降控制思路

在盾构隧道施工中，由于受到各方面因素的影响，常常会引起地表沉降。为了对地表沉降进行有效地控制，精确预测出盾构施工过程对地层产生的种种干扰，据此对整个施工进行把握，保证隧道盾构安全、有序进行。需注意的是，如果仅仅是简单预测出盾构施工对地表沉降可能造成的危害显然是不够的，而是应将预测结果转换为实际控制，减少并避免地表沉降变形。以地表沉降预测结果为依据，对施工方案进行合理编制，以此来达到控制沉降的目的。隧道盾构施工中，地表沉降的控制有兩类较为有效的措施，一类是主动控制，另一类是被动控制。前者是指在采用盾构法进行隧道施工前，制定相应的保护措施，避免地表沉降问题的发生，其中比较有效且实用的措施是调整施工参数，该措施需要以地表沉降监测数据为基础;后者则是在盾构施工中，地表发生较大的沉降变形后，采取加固等技术措施进行补救。

2.3 控制地表沉降的技术措施

在本工程中，可以采用如下措施对盾构施工引起的地表沉降进行控制，从而确保隧道开挖安全、有序进行。

2.3.1 盾尾注浆

在盾构隧道施工中，比较常用的盾尾注浆方式有两种，一种是同步，另一种是二次。盾尾注浆的主要作用是对盾构管片的位移变形进行有效控制，以此来确保隧道开挖时，衬砌结构的稳定性。不仅如此，通过盾尾注浆还能使隧道本身的抗渗性得到进一步增强，从而减小地表土体的实际损失量，达到解决地表沉降的目的。

（1）注浆压力。盾构隧道施工中，地表土体的沉降位移与注浆压力有着较为密切的关联，如果注浆的过程中，压力过大，会使盾构管片产生出瞬时压力，这样可能会造成土体劈裂。若是压力低于正常压力，则会造成注浆回填的速度不够，无法及时完成浆液的填充，这样可能会引起土体朝着隧道方向发生位移沉降。通过大量的实验研究后发现，在综合考虑多种影响因素的前提下，注浆压力值应当为静止水压力的1.2倍，且略大于拱顶的土体压力即可。在隧道盾构开挖的后期阶段，可通过二次注浆的方式，对地表沉降进行控制。

（2）注浆量。为避免引起地表沉降，可以按照如下因素对注浆量进行合理确定：盾尾空隙、地质条件、开挖方式等等。由于盾构隧道施工中使用的注浆材料可能会出现收缩的现象，进而导致填充量不足，因此实际的注浆量应当大于理论注浆量，防止出现填充不足的情况。

2.3.2 超前加固与土体改良

在本工程中，对隧道进行盾构施工时，为防止引起地表沉降，可对地表进行超前加固，通过注浆的方法，提高地表土体的稳固性，避免沉降问题的发生。具体的加固措施如下：可在上台阶时，设置临时的仰拱，并在一些比较特殊地段上设置钢支撑，对地表沉降进行有效控制。此外，可根据工程场地内的岩体情况，采用深层注浆等技术措施，对隧道盾构开挖的周围土体进行局部加固处理，借此来改善土体的特性，从而达到增强岩体强度，避免地表沉降的目的。

2.3.3 排放地下水

地下排水能够提高盾构隧道开挖面周围的土体强度，但若是排水量控制的不到位，则可能导致沉降量增大。鉴于此，在施工过程中，合理控制地下水的抽取和排放量。可以采用的技术措施主要有旋喷桩、止水帷幕等。需注意在轮换掌子面时应当及时停止排水，并通过注浆的方法确保作业面稳定。此外，可在盾构开挖的过程中，按照土体的性质对导管注漿的施工参数进行优化调整。

2.3.4 合理开挖增强支护

按照盾构开挖土体的特性，对实际的开挖尺寸进行合理确定，确保开挖作业面的稳定性，从而达到控制地表沉降的目的。可将盾构开挖进尺限制在定值范围以内，这样可以防止进尺过大的情况发生。同时，应当对隧道盾构的初期支护强度进行增加，可以采取的措施有以下几种：减小导管的布置间距、增大注浆导管及主筋的直径、缩小格栅的间距等。

2.3.5 二次衬砌

相关研究结果表明，隧道盾构施工中，产生附加应力的孔隙水基本上都是处于动态变化当中，而孔隙水并不是静止不变的。由于地下水中含水量较为丰富的区域容易出现缓慢的渗透，此时盾构隧道的周围地层则会出现较大的范围沉降现象，从而使地层间的相互作用和支护作用都得到进一步增强。土体在盾构开挖的过程中要比平时表现的更加软弱，开挖后土体需要一段时间才能恢复到最初的稳定状态，为避免发生沉降，应当进行二次衬砌。

3 结束语

综上所述，采用盾构法对隧道进行施工的过程中，容易引起地表沉降问题，为确保隧道开挖能够安全、有序进行，应当采取合理可行的方法和技术措施，对地表沉降进行控制，从而确保隧道工程能够按质、按量、按时完成。

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