城市地鐵隧道施工引起的地面沉降及處理

王濤濤

摘要：在基本建成小康社會的今天，城市化進程越來越快，為了滿足人們出行交通便利需求，緩解地上交通壓力，很多地區開始建設地下地鐵，而建設地鐵時的隧道施工不當又會引起地面沉降等問題，為了預防和解決有可能發生的地面沉降問題，本文對由城市里地鐵隧道施工所引起的地面沉降的原理進行分析，并提出預防和應對方法。

關鍵詞：城市地鐵；隧道施工；地面沉降；解決措施

引言：

在我國，為達到基本建成小康社會目標，城市化進程越來越快，政府對于基礎設施建設方面的投資力度也在逐漸加大，為了滿足人們出行方便的愿望，緩解城市公路交通壓力，越來越多的地鐵正在被建設，而建設地鐵的難度較大，常表現在建造時常會伴隨地面沉降等問題，如何預防和處理問題的發生，對地鐵建設有重要意義，本文旨在對地面沉降進行原因分析和討論解決方法，以促進城市化發展，特別是最近幾年，廣泛引起各界關注和思考。

1、地面沉降

地面沉降分區域性下沉和局部下沉兩種沉降類型。一般來說，發生地面沉降常會使建筑物傾斜或倒塌，還會破壞地基的穩定性等等，特別的，若在濱海城市發生地面沉浸，除了會出現上述問題，還會造成海水倒灌，極大地增加了社會損失。建筑倒塌造成的人員傷亡，電線毀壞，海水倒灌等問題都給人們的生產和生活帶來很大影響。

據研究，引起地面沉降的原因有很多，如地殼運動、海平面上升等都會引起地面沉降，其中還包括有城市地鐵隧道施工，城市地鐵隧道施工也是引起城市地面沉降的主要原因，據統計，世界各國，出現地面沉降的城市多為正在建造地鐵或剛建成地鐵不久的城市，其事故的源頭多為地下隧道施工，21世紀地鐵得到快速發展的今天，如何解決事故源頭，減少地面沉降，探索有效施工方法，是我們需要仔細深入研究的課題。

2.地面沉降原理分析

2.1盾構法隧道施工引起的地面沉降機理

盾構法施工是一種普遍用于修建地下遂道的施工方法。主要步驟為先確定開挖位置，然后在確定的位置開始挖掘，又用千斤頂用力推進到已開挖的位置，繼續下一步挖掘，邊挖邊推進，邊推進邊挖，要確保挖掘和推進同時進行，節奏一致，而且要確保在縮回千斤頂的同時，使用液壓舉重拼裝器一段段地再向前挖掘，直到整條遂道施工結束。由盾構法引起的地面沉降按起因不同可分為因周圍土體涌入隧道引起的地面沉降、支撐結構后方的空隙并合引起的地面沉降、整個隧道下沉引起的地面沉降。

2.2盾構法施工造成地面沉降的影響因素

施工時有可能引起地面沉降的影響因素主要有以下幾點：

①地質條件的影響；②土地性質的影響；③地下水位；④注漿的影響；⑤盾構外徑；⑥施工過程。

土地的各種性質有時會對施工前需要進行的“問題發生可能性”的預測形成干擾，使預測的準確性很難得到保證。施工過程中未能很好地控制地層水位，地下水位不當可能會引起地層變形，從而發生地面沉降。另外，在推進盾構工作時，盾構壓力艙的壓力與地下水位影響原理相同，兩者是通過影響了地層性質而引起的地面沉降，壓力不穩定，或者穩定值偏大或偏小時，會導致地層變形。工程中注漿壓力、注漿材料、注漿量都會對施工造成影響，注漿量應滿足一定公式，注漿材料及漿液擴散也須滿足一定條件。

3、地面沉降問題的解決措施

3.1盾構法控制地面沉降注意事項

3.1.1優化掘進參數

經多次實踐和研究得最佳的掘進參數，經計算得到的改進后的掘進參數對于盾構施工控制地面沉降十分有效，首先對推進中的土艙壓力、推進速度、壓降壓力、盾構坡度和姿勢等進行分析，選擇最優方案，選擇合適的軸線偏差、地面荷載設計坡度以及轉彎半徑，以防止地面沉降。

3.1.2前艙壓力

如前所述，前艙壓力不當會造成底層變形從而容易發生地面沉降，一般來說，實際施工時，在盾構機切口前方（1.5倍盾構機外徑+盾構機中心與地面的距離）范圍內的地面沉降和土壓力設定值有關，通過研究實踐得到，當地面沉降量在負值時（負值0～2mm）為正常值，當負沉降值太大時，則對應的應該降低土壓力設定值，如果數值為正沉降值，則應該增大設定壓力值。同時，要分析實際施工狀況，按照施工標準控制掘進速度。

3.1.3控制注漿

由于隧道有不同的深埋程度，應根據隧道實際情況選擇合適的注漿壓力，通常取“5～6個大氣壓”。還需要注意的是，實際注漿壓力與計算得到的理論注漿壓力值存在較大差距，所以實際施工時，要綜合考慮壓力損失和注漿液損失，設置合理注漿壓力。采用跟蹤壓注固結漿液法可以很好地避免由土體的固結沉降問題所引起的地面沉降，進而防止地面沉降。

3.1.4襯砌接縫防水和糾偏方法

襯砌接縫防水能有效地解決襯砌接縫的水流失問題，一般在襯砌接縫處使用單行密封墊（氯丁橡膠與遇水就膨脹的橡膠的復合物。糾偏主要對千斤頂的油泵壓力、千斤頂前進路線、盾構姿態等進行糾偏，且要注意，糾偏應做到合理輕度糾偏，不能過度糾偏。

3.2深入分析地質條件

工程地質條件主要包括有地層巖性、地形地貌、地質構造，水文地質條件等物理性質地質。在施工前要深入分析施工地點的地質條件、土地性質，要根據分析結果再按照標準，選用合適方法進行施工。

3.3合理控制施工

在施工過程中，要合理控制施工過程和嚴格要求施工動作，每時每刻注意觀察施工狀況和進程，防止新問題的出現，預測可能發生的問題，并在問題出現后能及時處理，排除會對接下來的施工有產生影響的可能性，懂得理論與實際相結合，充分合理地利用相關專業知識來解決問題，在施工時，要按照規范和該有的進程進行，保證施工質量，不能粗心大意，急于求成。施工員在保證施工質量的同時，也要注意施工時的安全防護，做好安全措施，如佩戴安全帽等，盡可能也要確保施工效率。

3.4地面沉降情況調查和檢測

使用專業精準儀器，對地面情況進行檢測，通過檢測結果判斷發生地面沉降的概率，主要手段包括地下水動態調查、建筑物破壞情況調查、地下管道破裂調查、雨季淹沒調查、風暴潮調查等調查也有必要進行，對建筑的變形、傾斜、裂縫等問題要仔細觀察，詳細記錄觀察結果，并及時通知反映。要安排合理的觀測和調查頻率，早、晚各測一次，如需要，到了進程快，重要工程的時候，可以加大檢測力度和頻率。

3.5分級控制施工

實際施工時，要求設置預警值、報警值和極限值來控制隧道施工。預警值的設定要結合施工方法、開挖深度、工程地質等因素具體狀況具體分析，除此之外，還要考慮周圍建筑物、原有的管線等多種因素，全面考慮和分析各種影響因素后得到允許范圍內地表沉降值。分級控制施工要做到：當地表沉降達到預警值時，此時應該密切觀察各儀表數值變化情況和變化速率，根據儀表數值變化情況預測有可能發生的事故以便控制沉降情況的進一步惡化，有必要時，可通知其他專業人員，并準確傳達情況，而若超過極限值時，將會引起地表結構改變，有時甚至會發生嚴重坍塌等重大的工程事故，所以一定要時刻觀察設備儀表讀數，杜絕這種情況出現。

結束語：

綜上所述，我們可以得到：導致地面沉降的主要問題來源是隧道施工方法的不當，隨著城市化發展，地鐵已成為重要的交通工具，而減少建造地鐵時發生的各種事故，各種問題的出現，對基礎設施建設有很大意義，而且在很多細節方面，需要我們繼續優化，希望大家能正確看待地鐵施工，積極配合完成施工工作，大家一起構建更加美好的生活。

參考文獻

[1]陳世超.地鐵盾構施工對地表沉降的影響研究[D].安徽理工大學，2018.

[2]崔麗強.城市隧道施工誘發的地面塌陷災變機制及其控制[J].價值工程，2018，3713：124-126.

（作者單位：中鐵九局七公司）