地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对措施分析

地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对措施分析

王涛

天津泰达城市轨道投资发展有限公司天津市300457

摘要：盾构法是目前城市地铁建设中常用的施工方法，随着城市建设的不断发展，越来越多的城市推进地铁建设，使得地铁技术不断发展进步，盾构也得到了更广泛的应用，该技术优点是施工效率高，缺点是容易出现地面沉降，对施工安全造成了很大的威胁，本文根据笔者工作实践，对地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对措施进行了分析和探讨。

关键词：地铁；盾构；施工；地面沉降

1地铁工程实例

x地铁2号线D3-TS87标盾构区间，地貌属于漫滩地形，分析区域地质资料得出施工场地层呈现出二元结构，即淤泥质粘土为上部主要组成。整个区间的富存粘土地下水以孔隙潜水为主，年度变化幅度为0.5m。根据地层渗透水结果表明，地基土中主要以微透水、弱透水为主。地下水不良作用导致地铁掘进面出现不安全事故，包括流砂、水涌及坍塌等。盾构施工中出现地面沉降情况，分析原因包括地质构成、土层压力及施工原因。

2沉降原因分析

2.1地质构成原因

地质情况上文进行简单分析，施工上方区域以前是耕地与渔场，存在严重的淤泥情况。加上本身毗邻江面，存在较大沉降，尤其是雨季会出现严重沉降。这是盾构施工中面临的比较严重的非人为原因，施工难度较大。

2.2土层压力

地面沉降与土层压力设定之间存在关系，22根千斤顶将土层压力传递给盾构机，当外部土层压力小于盾构机设定的土层压力时，就会造成盾构地面出现隆起情况，反之则会出现沉降情况，当这个情况严重时直接造成地面坍塌。所以掘进过程中要准确掌握土层压力。

2.3推进过程因素

此种地层在施工试掘进时，推进压力逐步调试，盾构机千斤顶上下分区调整不均匀，如因姿态调整，上部推力过大，盾构易出现栽头现象，管片下沉导致地表下沉；下部推力过大，下部超挖，地表先出新隆起后出现沉降；小半径曲线掘进，外侧易超挖，导致沉降；地层水大，出现喷涌，易导致出渣过量，地表出现沉降。

2.4外界原因

区间地表附近，因其它施工原因或行走重型设备、运输车，导致地表沉降。

2.2.5施工原因

地铁盾构施工过程中，每环管片拼装完同步注浆是一个较为重要的环节，很多时候注浆的浆液配比也会对地面产生影响，同时在盾构施工过程中如管片自身质量缺陷、管片止水条脱落、管片衬背注浆不饱满、掘进过程中推力不均匀、管片拼装质量控制不严格、转弯处转弯环选型不准确等原因导致的出现渗漏水现象，同样也会出现沉降问题。

3地面沉降应对措施

3.1地质原因的应对方法

（1）布设测点：沉降监测点在到达和始发50m范围内、曲线段和联络通道处每5环设一个点，直线段每10环设一个点，测点在隧道底部的两侧。

（2）频率监测：距推进面50环的范围内的测点，1次/d；距推进面50~100环范围内的测点，1次/2d；距推进面100环以上的观测，1次/周；隧道贯通后所有测点30d/次，直至验收。

3.2盾构土压原因的应对方法

土压平衡式盾构掘进机工作原理：开挖面土体的平衡利用压力舱内的土压力达成。盾构正前方开挖面支护，其中施工的关键就是设定平衡压力，因此施工过程中要根据具体情况科学合理的设定土压力值，确保推进坡度的平稳，纠偏量控制时要减少土体扰动，为管片拼装创造良好的条件，依据推进速度、出土量与地层变形监测数据调整设定好的土压值与注浆量，有效控制轴线与土层变形控制。

盾构机中央控制室内操作司机在内部完成各种操作，初设正面土压力与水压力值通过技术人员计算而得，根据隧道埋深、土层性质与地面超载计算土压力值，计算值的1.05-1.1倍为设定值。同时盾构司机详细记录显示屏上各项指标参数，并依据人工测量、施工经验值及时调整盾构机资料与参数，确保推进始终按照设计轴线进行。

3.3盾构施工原因的应对方法

（1）应对方案。盾构施工中同步注浆与二次注浆最大程度减少地面沉降情况的出现，掘进施工过程中要及时将足量的浆液材料填充到脱出盾构后的衬砌背面环形空隙中。依据具体施工条件选择合适的浆液配比与压力等内容，充分发挥注浆的作用。通过二次或以上注浆方式弥补同步注浆的不足，有效减少地表沉降出现概率与可能。

注浆目的：通过注浆减少地基沉降量以保证环境安全；确保管片衬砌的稳定性与安全性；同时，衬砌防水的初道防线应确保长期防水功能。

注浆方式分析：充填盾构壳体与管片圆环间的空隙与减少后期土体变形的主要手段就是掘进过程的同步注浆与二次注浆，也可以通过这种方式提高隧道的稳定性，确保施工质量。盾构机掘进施工利用注浆方式回填管片与土体之间的空隙，利用运浆车将浆液运送到洞内，同步进行注浆与掘进。注浆作业主要是在其中均匀的压注水泥浆液，确保及时与足量的浆液填充；根据地层变形监测数据确定浆液注浆量与注浆压力，依据浆液凝固所需时间确定浆液配比，合理调整水泥配比。安排专业人员负责注浆全过程，详细记录注入量与注浆压力值，根据地层变形监测信息及时调整注浆顺序与注浆量，提高注浆工序的施工效率与质量。

（2）加强施工过程质量控制。在施工过程中，隧道接缝处漏水，在土体与管片之间会形成一道环行空隙，使得土体有效应力增加，造成地层再压缩固结，使得地表出现沉降情况。所以，施工过程中控制管片接缝既能满足功能需求，又可以有效控制地面沉降。在管片生产过程中加强对施工质量的控制，并加强管片进场验收，严格按照施工图纸防水要求采用防黏贴氯丁橡胶与遇水膨胀橡胶复合而成的弹性密封垫，以提高管片拼装质量，另外嵌缝防水是管片的辅助防水线。另外如已出现渗漏水现象则采用注浆进行封堵。环、纵向缝封闭采用快干高强度砂浆，奠定后面的灌浆基础，需要注意的是，封闭过程中要确保向内部凹进1-2㎝的弧形；利用注浆设备通过漏水缝垂直钻孔到止水条处，每50公分间距2-3个钻孔，与此同时加装注浆针头，接缝内灌浆时利用高压灌浆设备，通常优先采用环氧树脂，直到灌满整个接缝为止。整个过程中要充分考虑实际情况，做好各环节质量控制，避免一个小问题的出现影响到整体质量。

（3）控制盾构姿态，调整盾构掘进参数，匀速掘进，控制出渣量。最好的推进施工是盾构施工各项参数的最优化，这也是盾构施工中控制地面沉降、保护环境的首要条件和治本办法。要达到这一理想状态必须对推进中的参数即对刀盘油压、土舱压力、推进速度、压浆压力、压浆量、盾构坡度、盾构姿态及管片拼装作分析。对隧道上复土地质条件、地面荷载设计坡度及转弯半径、轴线偏差及盾构姿态等选取合理的参量，以指导施工。

3.4外界原因的应对方法

首先加强地面测量观测，对其施工前进行原始取样，通过沉降频率及累计与其它位置对比，判断分析地面沉降原因，采取应对措施。其次对盾构区间施工通行地面每天要进行巡视，特别是对临近有基坑开挖、钻孔等威胁盾构施工的要立即协调并加大监测力度。

2.3.5其它施工原因的应对方法

严格审阅施工图纸并按图施工，特别是图纸明确指出需进行道路、地面上建构筑物等进行注浆加固等措施时，一定要认真执行。

如地面沉降达到预警值时，要严格按照施工组织设计及应急预案进行有序处理，不能继续盲目施工。

结语

总而言之，地铁盾构施工中一旦遇到地面沉降情况，需要及时采取有效应对措施。特别是当前城市高楼林立、地下管线错综复杂，如果不能第一时间解决地面沉降问题，将会诱发严重的后果，给民众生命财产安全造成极大影响。因此深入研究与分析盾构施工地面沉降问题具有现实意义。

参考文献：

[1]赵晓彦，张肖兵，范智浩，张志学，张士强，崔向寒.面向地表沉降控制的地铁盾构参数研究[J].工程地质学报，2017，25（02）：300-307.

[2]张中阳.地铁盾构施工地表沉降及其控制措施[J].科技创新与应用，2015（15）：224.