盾構隧道施工引起的地表沉降探究

鄧建峰

摘? 要：文章以某工程實例為依托，分析了隧道盾構施工中的地表沉降情況，在此基礎上提出控制地表沉降的有效措施。期望通過本章的研究能夠為同類工程提供借鑒參考。

關鍵詞：盾構法;隧道施工;地表沉降

中圖分類號：U231.3? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

近年來，我國的隧道工程呈現出不斷增長的態勢，而盾構法以其自身所具備的諸多優勢，在隧道施工中得到廣泛應用。盾構隧道施工中，由于受到一些因素的影響，使得地表常常會出現沉降現象。為確保隧道盾構開挖的安全、有序進行，應當采取科學合理、行之有效的措施，對盾構隧道施工引起的地表沉降進行控制。

1 工程概況

某隧道工程采用盾構法進行施工，其中盾構區間的左右線全長分別為1196.59km和1190.76m，左線與右線的間距為12.0-24.2m。在該隧道盾構區間內設有聯絡通道及廢水處理泵房，盾構區間的隧道直徑為6.0m，拱頂最大埋設深度為28.6m，最小埋設深度為11.1m，隧道結構底板的埋設深度為31.8m。在本工程中，盾構區間內的地形相對比較復雜，以臺地為主，最大與最小高度的差值為17.0m左右。工程場地內的土體從上到下依次為人工素填土、可塑性黏土、硬塑性黏土、全風化泥質砂巖、強風化泥質砂巖、中風化泥質砂巖。孔隙水為山層滯水，隧道施工場地內地下水的最大埋深標高為30.4m。施工現場監測數據顯示，在該隧道施工過程中，地表出現沉降，具體的變化情況如下：隧道開挖初始階段，地表沉降值的變化幅度在5.0mm以內，隨著開挖的不斷深入，地表沉降量隨之增大。為保證隧道施工的安全、有序進行，應當采取合理可行的方法和措施，對地表沉降加以控制。

2 盾構隧道施工引起地表沉降的處理

2.1 地表沉降監測

為在該隧道盾構施工中，對地表的沉降值進行準確獲取，選擇沉降量變化較大的截面布設監測點。距離隧道軸心位置處的兩個監測點，從2月6日到2月28日的監測結果如圖1所示。

從圖1中可以看出，該點位處的沉降量變化相對比較顯著，在施工一周后，地表的下沉情況趨于緩慢，后續的沉降主要是固結引起。

從圖2當中可以清楚的看出，從2月28開始，到3月14日時，沉降基本達到穩定狀態。然而，因監測點處容易出現超挖的狀況，由此會導致地層損失增大，進而引起地表沉降。為避免這一問題的發生，需要在施工中采取行之有效的控制措施。

2.2 明確沉降控制思路

在盾構隧道施工中，由于受到各方面因素的影響，常常會引起地表沉降。為了對地表沉降進行有效地控制，精確預測出盾構施工過程對地層產生的種種干擾，據此對整個施工進行把握，保證隧道盾構安全、有序進行。需注意的是，如果僅僅是簡單預測出盾構施工對地表沉降可能造成的危害顯然是不夠的，而是應將預測結果轉換為實際控制，減少并避免地表沉降變形。以地表沉降預測結果為依據，對施工方案進行合理編制，以此來達到控制沉降的目的。隧道盾構施工中，地表沉降的控制有兩類較為有效的措施，一類是主動控制，另一類是被動控制。前者是指在采用盾構法進行隧道施工前，制定相應的保護措施，避免地表沉降問題的發生，其中比較有效且實用的措施是調整施工參數，該措施需要以地表沉降監測數據為基礎;后者則是在盾構施工中，地表發生較大的沉降變形后，采取加固等技術措施進行補救。

2.3 控制地表沉降的技術措施

在本工程中，可以采用如下措施對盾構施工引起的地表沉降進行控制，從而確保隧道開挖安全、有序進行。

2.3.1 盾尾注漿

在盾構隧道施工中，比較常用的盾尾注漿方式有兩種，一種是同步，另一種是二次。盾尾注漿的主要作用是對盾構管片的位移變形進行有效控制，以此來確保隧道開挖時，襯砌結構的穩定性。不僅如此，通過盾尾注漿還能使隧道本身的抗滲性得到進一步增強，從而減小地表土體的實際損失量，達到解決地表沉降的目的。

（1）注漿壓力。盾構隧道施工中，地表土體的沉降位移與注漿壓力有著較為密切的關聯，如果注漿的過程中，壓力過大，會使盾構管片產生出瞬時壓力，這樣可能會造成土體劈裂。若是壓力低于正常壓力，則會造成注漿回填的速度不夠，無法及時完成漿液的填充，這樣可能會引起土體朝著隧道方向發生位移沉降。通過大量的實驗研究后發現，在綜合考慮多種影響因素的前提下，注漿壓力值應當為靜止水壓力的1.2倍，且略大于拱頂的土體壓力即可。在隧道盾構開挖的后期階段，可通過二次注漿的方式，對地表沉降進行控制。

（2）注漿量。為避免引起地表沉降，可以按照如下因素對注漿量進行合理確定：盾尾空隙、地質條件、開挖方式等等。由于盾構隧道施工中使用的注漿材料可能會出現收縮的現象，進而導致填充量不足，因此實際的注漿量應當大于理論注漿量，防止出現填充不足的情況。

2.3.2 超前加固與土體改良

在本工程中，對隧道進行盾構施工時，為防止引起地表沉降，可對地表進行超前加固，通過注漿的方法，提高地表土體的穩固性，避免沉降問題的發生。具體的加固措施如下：可在上臺階時，設置臨時的仰拱，并在一些比較特殊地段上設置鋼支撐，對地表沉降進行有效控制。此外，可根據工程場地內的巖體情況，采用深層注漿等技術措施，對隧道盾構開挖的周圍土體進行局部加固處理，借此來改善土體的特性，從而達到增強巖體強度，避免地表沉降的目的。

2.3.3 排放地下水

地下排水能夠提高盾構隧道開挖面周圍的土體強度，但若是排水量控制的不到位，則可能導致沉降量增大。鑒于此，在施工過程中，合理控制地下水的抽取和排放量。可以采用的技術措施主要有旋噴樁、止水帷幕等。需注意在輪換掌子面時應當及時停止排水，并通過注漿的方法確保作業面穩定。此外，可在盾構開挖的過程中，按照土體的性質對導管注漿的施工參數進行優化調整。

2.3.4 合理開挖增強支護

按照盾構開挖土體的特性，對實際的開挖尺寸進行合理確定，確保開挖作業面的穩定性，從而達到控制地表沉降的目的。可將盾構開挖進尺限制在定值范圍以內，這樣可以防止進尺過大的情況發生。同時，應當對隧道盾構的初期支護強度進行增加，可以采取的措施有以下幾種：減小導管的布置間距、增大注漿導管及主筋的直徑、縮小格柵的間距等。

2.3.5 二次襯砌

相關研究結果表明，隧道盾構施工中，產生附加應力的孔隙水基本上都是處于動態變化當中，而孔隙水并不是靜止不變的。由于地下水中含水量較為豐富的區域容易出現緩慢的滲透，此時盾構隧道的周圍地層則會出現較大的范圍沉降現象，從而使地層間的相互作用和支護作用都得到進一步增強。土體在盾構開挖的過程中要比平時表現的更加軟弱，開挖后土體需要一段時間才能恢復到最初的穩定狀態，為避免發生沉降，應當進行二次襯砌。

3 結束語

綜上所述，采用盾構法對隧道進行施工的過程中，容易引起地表沉降問題，為確保隧道開挖能夠安全、有序進行，應當采取合理可行的方法和技術措施，對地表沉降進行控制，從而確保隧道工程能夠按質、按量、按時完成。

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