解析地鐵隧道盾構法施工引起的地表沉降

謝章建

摘要：隨著時代的發展和社會經濟的進步，我國的地鐵數量越來越多。在地鐵隧道的施工中，非常重要的一種施工方法就是盾構法，和其他施工方法一樣，這種施工方法也會影響到周圍的環境，并且還會引起地表沉降。文章以廣州地鐵六號線某區間隧道工程為例，分析了地鐵隧道盾構法施工引起的地表沉降，希望可以提供一些有價值的參考意見。

關鍵詞：地鐵隧道；盾構法施工；地表沉降

中圖分類號：U451 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0094-02

盾構法施工因為具有一系列的優點，因此，被廣泛地應用于地鐵隧道施工中。但是，采用盾構法施工，引起的地表沉降問題是不可避免的。我國在近些年內，對此做了深入的研究，但是因為地質條件總是特別的復雜，并且施工參數也是不斷的變化，所以在一定程度上制約了研究的成效。本文以廣州地鐵六號線某區間遂道工程為例，分析了哪些原因會導致地表沉降的發生，然后統計和分析施工過程中現場監測結果，將盾構法施工所引起的地表沉降規律給找出來，從而指導后續工程的施工。

廣州地鐵六號線某區間遂道是雙線隧道，覆土厚度在10～25m之間；地面以下3.0m左右含有地下水，施工采用的盾構機是德國生產的，也就是常見的土壓平衡復合式盾構機，利用鋼筋混凝土管片襯砌隧道內襯，保證一次成型，按照一定的原則來進行管片的拼接，將膨脹膠止水條應用到管片接縫。

1 現場監測的結果與分析

1.1 合理布設地表沉降觀測點

在施工過程中，需要將地表測點合理地布設于左右線隧道上方地表中，一般來說，地表測點之間的距離控制在5m左右，沿著隧道中線的方向進行布設，同時，可以將橫斷面布設于左右線的地面環境中，要選擇合適的位置，兩個橫斷面之間的距離一般保持在30m左右，對盾構機掘進所導致的沉降坡度以及其他的影響等進行觀測和調查。還需要將水位孔合理地布設于隧道的兩側，這是為了對地下水位的變化進行了解。

1.2 地面沉降監測結果分析

通過調查發現，隧道上覆地層有著很多的地質種類，比如人工填土層、淤泥及淤泥質土層、殘積土層以及巖石全風化帶等等，通過一段時期的觀測我們可以得出這些內容：

在縱向地表沉降方面：

一是地質條件會在很大程度上影響到沉降的大小，如果地層相對比較軟弱，并且沒有較好的穩定性，那么就會有較大的地表沉降。舉一個例子來說，本次工程中因為中風化地層有著較好的自穩性，在開挖的時候，采用的是敞開模式，也沒有產生多大的地表沉降，一般都在7mm左右，最大的時候達到過20mm；而在開挖強風化地層以及全風化地層時，雖然采用的開發模式是土壓平衡模式，對于沉降可以進行一定程度的控制，但是依然有著很大的沉降值，均值會達到16mm左右，最大的時候會達到50mm。

二是要想控制沉降，非常重要的一個關鍵就是即時注漿參數的調整，比如，在中風化地層中，如果即時注漿填充率在1以內，那么地表沉降在10mm左右，最大值在22mm左右；當即時注漿參數達到了1.2左右，就會降低地表沉降，其數值一般在5mm以內。在強風化地層以及全風化地層中，如果注漿填充率在1.2以內，那么地表沉降值就在25mm左右；但是當注漿填充率在1.3以上時，沉降值就會降低到5mm左右，也就是說控制了地表沉降。

三是要想控制地層損失，減小地層變位，非常有效的方法就是對盾構掘進參數進行修正，建立有效的土壓平衡。通過觀測的數據我們可以發現，在盾構始發階段，土倉壓力開始增加，但是未能和盾構前方地層的壓力構成一種平衡，這樣就會增大地表沉降。

在橫向地表沉降方面：對觀測的結果進行分析可以得出這些方面的結論：

一是要想判斷盾構掘進對地層影響程度，非常重要的一個關鍵就在于地層條件，如果地層有著良好的自穩性，那么地表就不會受到盾構掘進十分大的影響。以本試驗段為例，在中風化地層中，地表的最大沉降為4.5mm，距離隧道中線14m左右的范圍會受到影響。在全風化地層以及強風化地層中，增大了地表沉降，通過觀測可以發現最大的地表沉降值達到了15mm，沉降范圍也得到了增大，延伸到了隧道中線30m的距離內。

二是隧道軸線6m范圍內是盾構掘進的主要影響區域，沿著線路中線，不對稱的分布沉降曲線，線路中心的沉降值最大；通過調查發現，沉降槽體積的70%都在距隧道軸線3m的范圍之內。在這一范圍內中風化地層中，沉降平均值在2.6mm左右，而在全風化地層中，卻達到了14mm。而在距離隧道軸線5m左右的范圍內，中風化地層沉降均值在2mm左右，全風化地層中沉降均值在11mm左右。由此我們可以看出，距離隧道軸線3m范圍以內是主要沉降區域，而5m左右的范圍內則是次要沉降區域。

三是在軟弱地層方面，對于地表有著較大沉降的是后建隧道掘進。在右線軸線地表沉降方面，在中風化地層方面，總沉降值的15%左右是左舷掘進時引起的沉降值，這就說明左線掘進只有很小的影響。而在全風化地層以及強風化地層中，總沉降的25%左右都是左線掘進沉降引起的沉降值，在某些地段，這個數字還會繼續往上升，甚至可以達到50%以上。

四是要想控制沉降，非常關鍵的階段就是盾構通過和盾尾脫出后沉降。通過觀測的結果我們可以發現，盾構通過和盾尾脫出階段，有著較大的地表沉降值和沉降速率。在中風化地層中，盾構通過階段地表沉降值在0.6mm左右，盾尾脫出階段的地表沉降值在1.2mm左右，前者占到地表總沉降值的15%，后者占到地表總沉降值的34%。在全風化地層以及強風化地層中，盾構通過階段的地表沉降值為4.3mm，盾構脫出階段的地表沉降值在7.0mm左右，前者占到地表沉降值的25%，后者占到地表沉降值的45%，由此可見，控制沉降的主要階段就是盾構通過和盾尾脫出階段。

五是依據水位測量的結果我們可以發現，在土壓平衡模式方面，盾構到達以及盾構通過時，升高了地下水位有0.2m左右，盾尾通過之后，孔隙水壓力逐漸的消散，這樣就慢慢降低了地下水位，我們將其比較于原來的水位可以發現，水位降低的數值為0.12m，在左線涌水的影響下，水位下降數值可以達到1.5m。如果采用的是敞開模式，那么地下水位就會一直的下降，這樣就損失了比較大的地下水，有部分地段的水位下降的數值甚至可以達到5m，雖然，最終會恢復到原來的水位，但是地表沉降一定會在很大程度上受到地下水位下降的影響。因此，在具體的施工過程中，就需要對隧道涌水進行嚴格的控制。如果地段內有著十分富集的地下水，并且有著較大的水壓力，那么就不能采用其他的開挖模式。

2 結論分析

通過本文對于地鐵隧道盾構法施工引起的地表沉降的分析，可以得出這些結論，一是很多因素共同作用產生了地表沉降，不僅關系著客觀因素，也關系著主觀因素，比如地層情況、地下水、施工方法、技術水平等等；二是通過分析我們可以發現造成地表沉降的主要因素是初始應力狀態改變造成的土層變形、地層損失等等；三是還可以發現即使有著相同的地層情況，如果采用的是不同的施工方案，在地表沉降方面也會有所不同，也就是說地表沉降會在很大程度上受到施工因素的影響，比如土壓平衡力的大小、注漿填充率的大小等等；因此，在盾構法施工的過程中，需要加強監測，及時進行信息反饋，從而對施工方案進行及時的調整。

3 結語

目前，在地鐵隧道施工中，盾構法施工技術被廣泛地應用到具體的施工之中，這是因為盾構法施工技術具有很多的優點；但是，我們需要注意的是：盾構法施工會影響到環境，并且還會引起地表的沉降，那么就需要加強監測，依據反饋的信息來對施工方案進行及時的調整。本文以廣州地鐵六號線某區間遂道工程為例，分析了地鐵隧道盾構法施工引起的地表沉降，希望可以提供一些有價值的參考意見。

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