地鐵盾構施工中地面沉降原因分析及應對

謝曉亮

摘要：隨著我國現代化城市建設的推進，地鐵規模不斷擴大，對施工技術也提出更高的要求。目前地鐵施工中普遍使用盾構法，這種方法可以提高施工效率，改善傳統暗挖法的不足。但施工過程中也會出現沉降等問題，影響到施工安全與進度，需要查明原因采取有效的解決措施。本文就此展開了論述，以供參閱。

關鍵詞：地鐵盾構；工程施工；地面沉降

地下鐵路是現代城市交通體系重要的組成部分，在城市建設、經濟發展和提高人民生活水平方面發揮了重要作用。由于地鐵主要設施位于地面以下，使得地下施工成為地鐵建設工程的主體。在地鐵地下施工過程中，地面沉降、塌陷和開裂等問題時有發生，不僅造成城市環境破壞，也給地鐵工程自身帶來巨大安全隱患。在地鐵工程中，盾構結構施工往往會引發地表沉降現象，針對地鐵盾構施工地表沉降問題進行深入研究，制定安全防范措施，對應數量和規模不斷呈現上升趨勢的地鐵工程來說無疑是十分重要的。

1地鐵施工的沉降現象

盾構施工過程中，地表沉降具有橫向和縱向兩種表現形式。縱向的地表沉降又可分為先行沉降、開挖前沉降、盾尾沉降、盾尾空隙沉降以及后續沉降等。引起地面沉降的原因是多樣化的，包括盾構施工掘進造成地面損失引發的沉降；盾構施工引起地下水流失造成的地下水位降低，引發了地層的固結沉降。盾構施工中存在的地質資料與建筑物基礎資料與實際狀況不符，造成施工措施不當引發建筑物開裂。盾構襯砌結構的變形以及地層原始應力的改變等。

2地鐵施工中地面沉降的原因

（1）人的原因。地鐵盾構質量問題、安全問題出現的主要原因就是人，人員的違規操作或其它行為直接誘發安全質量問題。施工過程中少數施工人員為了方便，未按照施工規范操作或是省略部分環解，無視安全管理。人員作為地鐵盾構施工的主要組成部分，做好相關控制工作具有現實意義。（2）設備因素。地鐵施工企業主要是依靠各種先進設備進行工作。因為很多設備都容易對人體造成傷害，不能直接進行控制，所以要利用各種設備進行操控。如果地鐵施工過程中，設備出現問題，使施工不能順利進行，或發生一些意外反應，就會導致施工質量要求達不到；嚴重者，如機器設備存在安全問題，或者設計不當、或者質量不足、材料選擇欠佳，就會造成嚴重的人身財產安全問題。（3）材料因素。目前在許多施工項目中，由于管理制度的問題，導致監管人員不負責任，對進入施工現場的材料沒有經過嚴格的檢測，導致材料的質量嚴重下降，嚴重影響工程整體的施工質量。即便對于檢測合格的施工材料，由于管理制度的不完善，導致后期的存儲以及施工未按照嚴格標準，影響項目最終的施工質量，還加大了施工成本，加劇了施工中的浪費現象。

3地鐵施工地面沉降應對措施

3.1注漿控制措施

注漿的控制在地表沉降的控制中非常重要，它是減少頂管結構與周圍土體的摩擦力、彌補隧道施工造成的地層損失的非常重要的措施，注漿的材料屬性、注漿壓力以及注漿是否及時都影響到地表沉降的大小。注漿的材料屬性要符合設計要求，還需要根據實際工程情況進行調整。在具體施工中中，選取頂管管節外一層間隙土來模擬地層損失以及之后填補的注漿，起到了很好的模擬效果，其中選擇合理的間隙土厚度寄注漿材料的屬性非常重要。要選擇合理的膨潤土、純堿等材料進行合理配比。應選擇合理的注漿壓力與注入時間。壓力過小，無法有效彌補地層損失造成的地表沉降，壓力過大，可能造成泄漏以及地表不合理的隆起等情況。

3.2優化施工參數

為了實現盾構最佳推進方式，這種參數的優化是不可或缺的。為了控制地表沉降。需要找到推進時對土層擾動最小、避免強度進一步下降、避免地面突起等施工的最佳參數。盾構的掘進參數有土艙壓力、排土量和掘進速度、千斤頂頂力及分布、盾構坡度等等。這些參數不僅需要優化，還需要注意各自的目的，既有聯系，又各自獨立，目的就是為了減少地表沉降。

3.3頂推力控制措施

頂推力是整個頂管結構在隧道內前進的動力，為了突破頂管結構在前進中的各種附力，頂推力需要大于各種側摩阻力，而乂不能使側摩阻力引起的地表沉降增加，同時，頂推力不當也會引起地表的不同程度的沉降或者隆起。在其他參數不變的情況下，由選取的初始頂推力過大，且隨著之后推力的遞增，就會出現異常的隆起，不符合實際規律，因此，要合理的控制頂推力的大小、方向以及增大規律，以免出現不合理的計算結果。在實際的施工中，需要根據千斤頂的最大頂推力及頂管結構通過的土層的參數決定合適的起始推力數據，推力過大，會引起土倉壓力值過大、土體隆起等事故，推力過小，可能引起頂管結構無法正常前進甚至后退，引起開挖面坍塌等工程事故。在實際施工中，千斤頂的推力也應根據實際情況變化。

3.4管片拼接技術

管片拼接質量對整個掘進質量有決定性的作用。管片通常在盾殼內部完成拼接過程。目前使用的盾構機管片有鋼管片、鋼筋混凝土管片、球墨鑄鐵管片以及復合管片等，并且隧道的每環均由大量的零碎管片共同構成。根據實際工程情況，拼裝方式的選擇會有所不同，例如，使用環管片以縱縫對齊方式進行拼裝，可以快速完成管片定位，保證縱向螺栓方便地通過，并且顯著提高施工效率。

3.5施工中的安全對策措施

施工過程中穿越沉降敏感地區或是地下水區域較大的地區應采用全土壓掘進方式；在通過建筑物時應保持連續的掘進，避免停機；具體的掘進過程中應控制好盾構的姿勢，避免由于偏差的糾正而造成超挖現象；注重同步注漿和二次注漿，保證管片與地層之間間隙密實；盾構機施工中應采取耐磨性高的刀具，從而減少換刀的次數，確定合理的換刀計劃，預先在建筑物前換刀工作，避免盾構在建筑物下方停留；實現對襯砌拼裝的偏差控制，有效減少后期的沉降，同時在掘進過程中應建立良好的施工監測體系，實現對現場問題的及時反饋，從而實現對地面沉降狀況的及時掌控，建立安全的地鐵施工體系。

4結束語

總之，地鐵施工是一項復雜的工程，與社會的穩定和提高人們的生活質量有密切的關系。隨著城市的不斷發展，地鐵工程不斷提上日程，盾構法在地鐵施工中具有不可替代的位置。如何通過盾構法減少地面沉降問題，是地鐵施工的重點，需要相關人員高度重視，合理開展盾構施工。

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（作者單位：中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司）