地鐵隧道盾構法施工中的地面沉降問題及處置措施研究

中圖分類號：U231.3 文獻標識碼：A文章編號：2096-6903（2025）03-0040-03

0 引言

盾構法因其安全、先進等優勢被地鐵建設項目廣泛采用。但由于地鐵工程大多位于市中心地區，且周圍有許多結構及管道，因此盾構掘進時不可避免地會對地層造成一定的干擾，從而導致地面沉降。隨著盾構法的不斷推進，地表結構物的沉降也將越來越嚴重，給地表建筑物的安全與穩定性帶來嚴峻的挑戰。因此，在城市軌道交通建設中，加強對城市軌道交通建設中的地表沉降問題的研究與防控，具有十分重大的現實意義。

1地鐵隧道盾構法施工原理

盾構隧道掘進機集機電液傳感等多種技術于一身，并根據地質條件“量體裁衣”地進行設計和生產，對可靠性提出很高的要求。盾構機施工會對周邊土壤產生擾動和影響，造成地層出現位移，導致地層結構的喪失。因此，必須弄清因地層流失而引起的地面沉陷問題。針對這一點，選用不同的地層損耗量。研究成果顯示，地面沉降與地層損耗呈線性相關，即盾構機對地層的擾動效應顯著，且隨著地層損耗的增大，地面沉降也隨之增大。

2地鐵隧道影響地面沉降主要因素

2.1盾構深埋因素的影響

目前盾構掘進深度對地表沉降有很大的影響，特別是在軟弱地層中，為確保施工的合理性，盾構掘進深度通常為 6～10m 。在這一環節中，運用目前的系數進行計算，其沉降量為 0.976 當盾構掘進半徑為 3.2m 時，地層損失約為 2% 。隧道開挖時，隧道開挖深度與隧道寬度系數有很強的相關性，且隨著開挖深度的增加而增加。

2.2地層損傷率的影響

在對地層損耗進行分析中，在建設階段，地層損失率與地表沉陷之間存在著一定的聯系，在計算時，目前的估算方法與實際地層損失率偏高的情況下，存在著不合理的地方。比如，考慮到地層損失率小于 5% ，取整為整數，將盾構埋入 10m ，目前的盾構半徑和跨越土層的數值保持不變，通過計算可以看出，目前的地層損失率的寬度系數已經發生顯著的變化，而沉降也在不斷增加。

2.3盾構穿越土層性質因素影響

受地層特性等因素的影響，地鐵隧道施工過程中所產生的地表沉降也有顯著差異。與之相比，砂土地基的沉降槽寬度系數較小，且在保持其施工技術不變的前提下，其所引起的沉降也比較顯著。在研究中發現，在地層損失率為 2% 的情況下，盾構的埋深設定為 10m ，而施工的盾構半徑為 3.2m ，經過計算，得出兩者存在一定的相關性。此時將對粘性層的作用進行分析，確定沉降槽寬度因子造成的結果。

2.4盾構半徑的因素影響

在建設過程中，不同的工程所選用的盾構半徑也會有很大的差異，比如自前采用的單孔土壓力和雙圓土壓平衡法，其半徑一般為 ，在跨海或江隧道建設中，為確保其高效的施工，其盾構半徑一般都會比較大。經過假定計算，目前正在研制的單孔盾構、雙環盾構和跨江盾構，其半徑可視具體條件而定，如 3m ， 4.5m， 7.5m 等，當盾構埋入 10m 時，地層的損失率為 2% ，經過合理的計算和分析，得出目前的沉降狀況和沉降面積主要取決于當前水平沉降槽的寬度系數，隨著寬度系數的增大，沉降的影響也會越來越大。

3地鐵隧道盾構法施工中的地面沉降觀測方法

3.1觀測儀器分析

在進行地面觀測時，工作人員根據當前階段的觀測設備，采用精密水準儀、銦鋼準尺、鋼卷尺等進行測量，并根據當前建筑表層的沉降狀況，對其誤差進行控制，特別是鄰近高程誤差，提高總體精度。

3.2進行沉降觀測點布置

應該結合自前的實際情況進行測量，在隧道的中心線之上，設置相應的間距點。間距控制在 5m 以內，每4個布設點設置一個探測剖面，在每個布設點上按實際條件布設5個觀測點，以實現觀測目標。對于現階段的軟土或淺埋區，在進行設計時，應該結合當前的具體情況，對其條件因子的影響進行分析，并對監測點的設置進行合理的布置。

在觀測過程中，要考慮到目前的實際狀況，盡量不讓路面硬殼產生沉降的誤差，從而防止路面出現空洞的現象。根據目前的實際情況，選取合適的測量方法，對目前的模型進行優化，結合當前的實際情況進行測量，才能符合當前發展的需要，達到合理的監測目的[1]。

3.3 沉降監測頻率分析

合理地控制地面沉降，就必須結合當前的實際狀況，對目前的觀測頻率進行分析，從多方面來了解其真實狀況。一般在它的頭部 10m 或后面 20m 的位置，都要確保它能得到合理的觀測。對自前各個觀測點的實際狀況進行分析，并且要確保它的觀測頻率是合理的，直至在施工地點的土層頻率能夠滿足實際需求。對于地面沉降、地面隆起等現象，在當前的頻率區間內，要結合具體情況進行實測，以確保其符合工程要求[2]。

4地鐵隧道盾構法施工技術分析

4.1盾構出洞準備

盾構出洞施工是關鍵，工作人員要提高對這一點的重視。要從不同的方面進行創新，根據目前的實際情況，確定施工中需要注意的問題，做好施工設備和人員的準備，比如各種材料的準備，以確保以后的施工效率。工作人員也要做好隧道掘進機的檢查工作，在隧道出洞后，要進行嚴密的檢查，以確保整個工程的安全，符合當前的建設需要，給員工們創造一個良好的工作環境，消除工程中的安全隱患，提高工程質量。要做好施工中的加固和檢測工作，出洞后要加強地基的加固，確保周邊的穩定，并對地下管道進行分析，防止其對施工造成影響[3]。

4.2地鐵盾構機掘進

在這一步驟中，可以將隧道劃分為初步的掘進實驗和正式的掘進施工兩個階段。在施工期間，工作人員需要針對具體的施工條件進行有針對性的處理，確保工程的質量。

4.3特殊工況處理

由于實際的建筑本身的特性，使得在施工時很容易被外部因素所影響，從而導致施工質量和施工效率的下降。特別是由于地質原因，在一些類似于粉質粘土的環境中，更易于施工。在某些砂土地層中，往往會給施工造成一些困難，因此工作人員應該按照目前的需要，按照具體的情況，選用合適的施工工藝，來處理這一土層中可能發生的噴砂現象，對土體進行整體的控制，并對地基的流動性和止水能力進行分析，從而減小其對工程的影響，提高工程質量[4。

5地鐵隧道應用盾構施工沉降的措施

5.1對盾構機進行選型

此次盾構機的選型是基于對地質情況的準確調查，根據工程地質情況，研制一種新型的盾構刀盤，它的特點是能在空氣壓力作用下，在土槽中能很好地保持土壓平衡。對于地鐵隧道工程場地復雜、多變、粘性強的地點，將土壓力直接傳遞給土壓力傳感器，并能方便地切入切割表面，清除障礙，鉆孔等方法來解決土層問題。為避免機床本身發生自轉，可實現兩個方向的回轉。盾構刀頭切割出開挖面上的土層，然后在土倉中進行攪拌，并在土倉中保持一定的土壓力，并在密閉土倉壁上安裝土壓力傳感器。在土壓力作用下，通過對螺桿輸送機旋轉速度的控制（也就是改變排土數量），使土槽中土壓力保持不變，從而實現對基坑周圍土體的側向壓力的均衡，從而實現對地表沉降的控制。

5.2有效控制地面初期沉降

盾構施工初期只有微小的沉陷，在滲透率較低、粘性較差的軟弱粘性地層中，很容易發生這種情況。現場監測數據顯示，開挖面前 10m 范圍內已有附加應力，且隨著工程的進行，當開挖面前方 5m 范圍內，其應力達到 0.02MPa 左右。為控制早期沉降，對盾構施工過程中各階段的工作狀態進行合理的調整，從而減少停工期。

5.3合理控制開挖面沉降

通過設置土槽壓力并動態調節，實現對基坑表面沉陷的控制。對攪拌頭的出土量、推力和灌入量等進行動態調節，實現土槽壓力穩定的目的。

5.3.1 動態化控制土壓

在開挖過程中，必須對輸送帶的工作狀況進行嚴格的控制，確保出礦均勻，降低土壓力的波動幅度。組裝階段根據施工進度，每環停鉆之前建立一個比較高的土壓，如果隨著時間的推移，土壓力會逐漸降低，可以采用間歇式壓土穩壓等措施，在壓力作用下保持土壓力的穩定。

5.3.2 控制貫入量

為減小對基坑周圍土體的擾動作用，應加強對鉆孔灌注量的控制，以防止產生地層沉陷。針對淤泥質粘性土的特殊地質狀況，在鉆進過程中容易形成泥皮，結合工程實際及土壓平衡盾構的工作特點，提出采用20～50mm/r 較為適宜，并結合推進速率，最后取25mm/r 為宜。

5.3.3 控制盾構姿態

滾壓校正是通過將盾構機刀盤反向旋轉來修正滾轉誤差。隧道掘進過程中，允許滾轉誤差為 ，超過 則會發出警報，隧道掘進機就會在旋轉過程中旋轉，實現反向校正。

隧道掘進過程中，千斤頂單向推力是影響掘進方向的重要因素，其與掘進過程中的位姿關系較為離散，需依賴于操作者的經驗。在隧道掘進過程中，增加下部千斤頂的推力。在隧道掘進機發生上傾時，通過增加上部千斤頂的推力來糾正。

橫向校正是根據垂直方向修正的原則，左偏心增大左邊千斤頂的推力，右邊增大右千斤頂的推力。

當盾構穿越復雜地層（工作面土的抗壓強度等力學特性參數相差較大）時，可依據開挖面的地質條件，對液壓推進油缸進行分區作業。

5.3.4 改良渣土

針對淤泥質粘土的特殊施工條件，采取改進措施，降低泥餅形成量。土倉中的渣土既要具有較高的流塑性，又要具有較低的滲透系數，在土倉中的土體壓力要均勻地分布在各個部位，保持平衡，這樣才能保證螺桿順利出土。對淤泥質的改良，選擇高品質的泡沫體，其水配比在 1%～3% 。當淤泥質粘土含量增大時，應同時增加泡沫劑的加入量，當遇到硬塑料或塑性地層時，則需分別對刀盤中部注入水。

5.4合理控制盾構通過時的沉降

由于盾構施工過程中存在著短暫的沉降現象，因此很容易在短期內出現大面積沉陷。為此，需要對銅管直徑進行改進，盡量使其前后直徑保持一致。在盾構施工

過程中，要協調好各因素之間的關系，以達到連續掘進的目的，要加強對盾構機的姿態控制，防止出現不合理的糾偏現象。

5.5有效控制盾構通過后的沉降

盾構穿越后的沉降占整個工程沉降的 40%～45% 因此盾構穿越后的控制是整個地表沉降控制的關鍵。灌漿是盾構掘進中最重要的一項技術，做好這一工作，可以減少盾構掘進過程中盾尾空洞區的地層變形，提升盾構隧道的防滲能力，保證盾構掘進過程中盾構掘進過程中管片的相對穩定。

同步灌漿的實施效果與灌漿材料的性質存在著密切的關系，其中惰性灌漿是一種比較適宜的灌漿材料，它的凝固時間比較長，能夠獲得更充分的同步灌漿壓力，從而能夠在很短的時間里將壓力傳遞給隨后的多環，達到增強灌漿的作用，降低多環隧道土的時效沉降。

根據同步注漿的施工需求，可按照以粉煤灰、膨潤土、石灰、砂、水為 300：80：1100：350 為度量比。傳統注漿技術在施工過程中存在著施工周期長、施工周期長、施工過程中受力嚴重等問題，容易出現管片上浮、錯臺等質量問題。在工程實踐中，采用惰性注漿可以有效地控制地層的沉降，但對于改善隧道工程的質量卻沒有多大的幫助[5]。

6 結束語

隨著城市軌道交通建設項目和規模不斷的擴大，使得目前的盾構法得到越來越多的應用，從而提高目前的建設水平和建設周期。但是，盾構法在使用過程中仍然存在著很多的問題，應該對該技術進行全方位的改進，對現行的沉降問題進行優化，并根據實際需要來進行測量監理，從而從根源上防止其發生沉降，提高整個建設的質量。

參考文獻

[1]任福國.地鐵隧道盾構法施工中地層沉降問題分析及控制措

施研究[J].江西建材，2022（1）：174-176.

[2]劉治富.地鐵隧道盾構法施工中的地面沉降問題及處治措施J].智能城市，2021，7（2）：149-150.

[3]隋國梁.地鐵隧道盾構法施工質量控制重點及措施[J].建筑技術開發，2018，45（20）：103-104.

[4]戚國慶，黃潤秋.地鐵隧道盾構法施工中的地面沉降問題研究[].巖石力學與工程學報，2003（S1）：2469-2473.

[5]劉招偉，王夢恕，董新平.地鐵隧道盾構法施工引起的地表沉降分析[J].巖石力學與工程學報，2003（8）：1297-1301