城市地鐵盾構施工引起的地表沉降分析

◎余長江

城市地鐵盾構施工引起的地表沉降分析

◎余長江

地鐵是不同于汽車、公交車的另一種重要的交通工具，地鐵給人們的出行帶來了許多方便，城市中的地鐵施工越來越多。地鐵施工主要是通過地下作業的形式開展，具有很高的難度，稍不留神就容易造成地層變形，引發地面沉降。盾構法在地鐵施工中十分常見，具有多種優勢。本文首先分析了地鐵隧道施工中地面沉降的原因，接著介紹了地鐵隧道盾構法施工原理，然后探討了盾構施工地表沉降的控制措施。

隨著城市建設規模的不斷擴大，地鐵工程成為大城市發展的標志之一。地鐵是重要的交通工具，其工程也是難點。目前，地鐵施工主要采取盾構法，該方法不僅能夠確保工程的穩定，還可以進行不間斷掘進作業。盾構法適合各類軟土地層和軟巖地層的隧道施工，在地鐵工程中十分常見。地鐵工程是一項復雜系統的地下工程，難度系數很高，通過盾構法施工則面臨著盾構機體積較大而造成地表沉降問題。因此，必須要嚴格檢測地表沉降問題，保證工程質量。合理采用盾構法，確保地表沉降不能過大，需要相關人員高度重視。

地鐵隧道施工中地面沉降的原因

地層損失。出現地層損失主要是因為盾構施工必然會存在實際開挖土體體積和竣工隧道體積的差值，這種差值的出現就會造成地層損失。實際開挖土體體積之所以會與竣工隧道體積有差別，其原因就是開挖土后勢必會導致周圍土體不斷填補出現的損失，這樣就會引起地層移動，導致地面沉降。

土體擾動后重新固結。隨著盾構的不斷推進，會對土體造成擠壓，而且，在壓漿的作用下，周圍的地層會形成超孔隙水壓區，其會隨著施工的推移而消散，還原，這一過程對于地層的影響很大，很容易發生排水固結，導致變形，形成地面沉降。簡而言之，就是由于土體擾動后重新固結等因素造成的變形和沉降，為了改變現狀，需要充分了解地層條件、隧道直徑等內容，并制定完善的施工要求。

地鐵隧道盾構法施工原理

盾構法自誕生至今已經有百多年的歷史。在地鐵隧道中開展盾構法主要就是借助盾構進行掩護，從而可以正常開展地下作業，實現連續地層開挖等工作。盾構法需要借助盾構設備，因此其安裝和拆卸工作很重要。要通過不斷推進和土體開挖才能夠實現持續地下作業，這也是盾構法的主要工序。

采取盾構法時，需要結合地鐵的規劃進行。設置盾構機時，要用明挖法在隧道某處建造基坑，這樣才能夠進行設備的安置。然后再向前開挖土體，安裝盾構反力架等設備。設置牢固的盾構結構主要就是為了更好地開展地下作業，通過盾殼的掩護推進開挖。為了進一步使支撐力度更加強大，需要利用千斤頂，在隨后的開挖、裝配襯砌和應對地層阻力工作中，都離不開千斤頂的作用，這樣才能夠保持盾構能夠繼續推進。

盾構施工地表沉降的控制措施

掘進模式的選擇。受到地層條件的限制，掘進模式也會有很大的不同。通常，一臺盾構機可以有三種掘進模式，有土壓平衡、半敞開式、敞開式，不同模式具有不同的施工參數，這三種模式可以實現盾構機的廣泛使用。受到地質條件的限制，需要選擇合適的掘進模式，這樣才不會造成地表沉降。

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。

在盾構施工中盾構機的選擇和性能很重要，為了確保土壓平衡，促進盾構順利推進，盾構機可從國外引進。為了確保施工穩定進行，減少地表沉降和地層變形，土倉中充滿被切削下來的土，其所產生的壓力要與推進產生的土壓力和水壓力平衡，從而保證地形穩定。根據土壓力來確定其他壓力，防止因出土速度過快造成地面沉降。一般情況下要了解盾構刀盤面的壓力值，以及開挖面土體的壓力是否出占據主要地位。開挖面的土體會因力度小而向后移動，要確保土體單元的垂直應力大于水平應力，以確保出土速度不會太快。

盾構在曲線上推進及盾構糾偏。盾構在曲線上推進時，需要進行盾構軸線的糾偏，這時候的土體沒有多余的約束力來控制盾構的軸線，因此，盾構做曲線推進時一定要放慢速度，適當進行糾偏，減少地層損失。盾構在推進時會切換刀盤方向，注意切換速度，要注意轉換的時間間隔，不宜太過頻繁；及時調整掘進參數，并盡量優化，確保盾構機順利掘進，而且需要有相應的限制，一旦超過這一限制幅度，就需要進行盾構糾偏；盾構曲線推進時，需要使盾構當前所在位置點與遠方點的連線同設計曲線相切。如果是直線推進，就需要選擇目前存在的位置和設計線較遠處作為連接的直線路線，然后再重新進行管理；盾構法施工最忌諱推行速度過快，或者由于某一部位的速度過快而影響整個地下作業。油缸的油壓需要高度注意，不可調節過快。調節各處千斤頂的油壓和推力合力的作用位置，進行糾偏?？傊?，糾偏工作關系到盾構施工的質量，更關系到地層是否會變形。

襯砌接縫防水。需如果襯砌接縫漏水，那么就會造成地層的水分流失，引發地層重壓縮固結，這樣勢必會引發地表沉降。為了確保襯砌接縫具有良好的防水效果，需要采取相應的措施。一般可采用多孔型三元乙丙彈性橡膠止水條防止漏水。受到來自千斤頂和螺栓的雙重之力影響，該防水條的縫隙會不斷被壓縮，從而起到穩妥的防水作用。

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。

（作者單位：中鐵上海工程局集團有限公司城市軌道交通工程分公司）