地鐵盾構施工中引起地面變形的影響與控制措施

摘 要：文章針對地鐵盾構施工過程中引起的地面隆起或沉降等現象，以某市地鐵盾構施工項目為例，通過較為完善的地面監測方案收集整理和分析地面沉降監測數據，以獲得盾構掘進對地面變形產生影響的范圍和程度，并提出相應的施工控制措施，為盾構施工提供安全和技術支撐，以期對同類工程有一定的指導意義。

關鍵詞：隧洞；盾構施工；地面沉降；施工控制措施

1 概述

近年來，隨著我國城市化進程的加快，全國各大城市都已興建（或在建）城市地鐵交通工程來滿足廣大市民的出行需求。目前，國內外地鐵施工中較為常用的方法為盾構法施工。所謂盾構法是一種利用盾構機械在地下暗挖隧道的施工方法。縱觀各國地鐵盾構施工技術發展歷程，盾構施工過程中引起的地面變形問題不容忽視[1]。因此，我們必須對盾構施工過程中地面變形進行監測，對產生沉降原因進行及時分析，并提出相應的控制措施。文章以某市地鐵盾構施工項目為例，通過較為完善的地面監測方案收集整理和分析地面沉降監測，以獲得盾構掘進對地面變形產生影響的范圍和程度，并提出相應的施工控制措施，為盾構施工提供安全和技術支撐，以期對同類工程有一定的指導意義。

2 盾構施工監測實例

2.1 工程簡況

某市軌道交通二、八號線。線路起止里程右線為：YDK7+622.000～YDK9+849.94，隧道全長2248.728m，長鏈20.788m；左線為：ZDK7+622.000～ZDK9+849.940，隧道全長2253.867m，長鏈25.927m。全段區間為地下線，采用盾構法施工。

2.2 監測項目

盾構施工監測項目主要是地表沉降和隆起、建筑物和管線及其基礎等的沉降等。

2.3 施工監測周期

在盾構掘進施工過程中，對布設在刀盤前方20m以及盾尾后方30m范圍內的監測點應該每天至少早晚各觀測1次。若遇變形異常情況，則需增加觀測次數。

3 盾構掘進施工控制措施

盾構掘進施工主要控制參數包括前倉壓力、掘進速度、同步注漿等。結合本工程的實際情況主要從以下幾個關鍵參數進行控制：

3.1 前倉壓力

本區間使用的是土壓平衡式盾構，其前倉壓力的大小對維持開挖面的穩定相當重要。一般地，當盾構前倉壓力等于原靜止土壓力時，土體受到的擾動很小，地層不會出現大的變形；當盾構前倉壓力大于原靜止土壓力時，前方土體受到水平方向的強烈擠壓而發生向前移動，因豎直方向的泊松效應導致土體出現向上移位，從而引起地面隆起；反之，開挖面土體由于受到較小支撐力而發生向后移動，若出土速度過快，開挖面前上方土體會發生塌落，從而導致地面沉降。

前倉壓力應隨隧道上部覆土厚度的不同而發生變化。控制地層損失、減少地層變形的關鍵手段是修正土倉壓力，建立有效的土壓平衡。對于本工程，應根據隧道埋深，計算出的前倉壓力取值應在0.18MPa左右。由監測結果可知，土壓設定較低時，地表沉降會較大。根據數值模擬結果可知，土壓力對于沉降有不小的影響，提高土壓力會減少最終沉降，過高的土壓力會導致差異沉降明顯。由數值模擬結果可知，盾構穿越既有線時土壓力設置在0.22-0.24MPa比較合適。

3.2 掘進速度

掘進速度參數控制的重點在于使土體盡量切削并非擠壓。過量擠壓會導致前倉內外壓差，增大對地層的擾動。當在無結構物下面進行推進時，推進速度可控制在20-30mm/min之間；對盾構進行糾偏時，應取較慢的速度。結合本工程實際情況，盾構推進速度可控制在10-20mm/min。

3.3 同步注漿

同步注漿是在盾構施工中改良地層性狀、減少地面沉降的切實有效方法。

同步注漿壓力選取應當適中，一般情況下，只需使漿液壓入口的壓力大于該處水土壓力之和，即能使建筑孔隙得以充盈。若壓力過大，會導致周圍土層產生劈裂，且造成較大的地層后期沉降。在掘進階段，可按1.2？酌0h確定注漿壓力。針對本工程實際情況，注漿壓力初步定為0.26MPa。

同步注漿應在盾構推進同時注入或在盾構推進后即刻注入。由于本工程開挖處地層為粉土以及粉質粘土，容易發生塌落，因此應該及時注入。

注漿速度與盾構推進速度有很大的關系。如果注漿速度大于盾構的前進速度，則會導致跑漿現象，甚至會穿過盾尾進入盾構機內污染拼裝工作面；如果注漿速度小于盾構的前進速度，則會出現盾尾脫出的部位大幅度沉降。

4 結束語

（1）通過上述分析可知，盾構的通過階段和盾尾脫出階段是地面擾動沉降的主要階段，因此，若要有效地控制地層擾動沉降，則必須重點關注盾構通過和盾尾脫出這兩個階段。

（2）通常情況下，盾構掘進地面橫向沉降類似于正態分布，最大沉降量發生在隧道軸線附近，沉降影響范圍大約在隧道軸線兩側30m范圍內；盾構掘進施工主要影響區域在隧道軸線附近5m范圍內，地面沉降拐點位于該區域，該區域沉降占總沉降的1/6～1/7。

（3）盾構掘進對其前方約30m范圍的土體產生較大影響，土體沉降是一個緩慢過程，其值一般不大于5mm，且不發生地面隆起現象；后方土體對盾構掘進的影響范圍主要在0～10m范圍，對于不同地質情況，沉降一般會有較大變化，為最大沉降值的30%～50%，且變化速率較大。

（4）盾構掘進中應根據實時監測數據及時調整修正前倉壓力，建立有效的土壓平衡，以達到控制地層擾動、減少地層變形的目的。數值模擬結果顯示，盾構穿越既有線時土壓力設置在0.22-0.24MPa比較合適。

（5）同步注漿是在盾構施工中改良地層性狀、減少地面沉降的切實有效方法；二次補注漿是在同步注漿的基礎上進一步控制土體后期沉降的良好且必要的手段。

參考文獻

[1]葛世平，廖少明，陳立生，等.地鐵隧道建設與運營對地面房屋的沉降影響與對策[J].測繪通報，2009（2）：46-49.