隧道施工引起地面沉降的原因及控制研究

潘宇平

摘要：在隧道施工容易引起地面沉降等問題，這就需要加強對地面沉降原因和控制方法的研究工作。本文首先探究隧道地面沉降機理，分析沉降的主要原因，進而提相應的控制措施，旨在保障隧道施工安全性。

Abstract： It is easy to cause ground settlement in tunnel construction， so it is necessary to strengthen the research on the reasons and control methods of ground subsidence. This paper first explores the ground settlement mechanism of the tunnel， analyzes the main causes of the settlement， and then puts forward the corresponding control measures， aiming at ensuring the safety of the tunnel construction.

關鍵詞：隧道施工；地面沉降；原因；控制措施

Key words： tunnel construction；land subsidence；cause；control measures

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0155-02

0 引言

隧道工程作為完善交通網絡的重要一環，讓人們的出行、商品運輸更加方便、快捷。在實際施工過程中，往往會產生隧道地面沉降問題，會對周圍結構和地下設施造成嚴重的破壞。雖然很多儀器都能夠測試隧道的沉降量，也有很多文獻闡述了隧道沉降機理，但是卻沒有考慮到隧道沉降會隨著時間變化而變化。這就需要工作人員對隧道地面進行實時檢測和觀察，分析隧道地面沉降的是否均勻、動態，這樣才能夠針對性找出控制方法，保證隧道工程保質保量的按期完工。

1 地鐵隧道施工引起的地面沉降機理

當今隧道施工都是采用盾構施工法，在實際施工過程中的開挖面會釋放應力、附加應力，從而導致地面出現彈塑變形等問題，也就是引發地面沉降問題。沉降通常是在開挖卸載時開挖周圍土體向隧道內涌入從而造成地面下沉；支護結構空隙閉合導致地面下沉；管片襯砌結構自身變形造成地面下沉；隧道結構整體地面下沉。這些下沉問題可以統稱為開挖地面下沉問題。盾構法在實際應用中主要包括開挖沉降、固結沉降、次固結沉降，其中次固結沉降是一個長期控制的過程，特別是在隧道運營期間，需要考慮沉降的動態變化。盾構施工會造成地層損失和隧道周圍受到擾動或剪切力破壞出現土體再次固結，這也是導致隧道沉降的根本原因。

2 導致隧道施工引發沉降的因素

第一，在隧道施工過程中可能遇到軟弱圍巖、富水砂層等問題，如果對此類問題沒有進行及時處理，拱頂塌方等問題就會導致地面沉降。通常情況下，隧道軟弱圍巖都是Ⅴ級、Ⅵ級，如果所應用的施工方法不夠合理、支護不夠及時、前期支護無法快速閉環，就會產生掉塊、塌方、冒頂等問題。同時，在隧道開挖過程中遭遇了富水砂層沒有提前進行加固處理，同樣會造成沉降，沉降程度與含水量有直接關系。

第二，擾動土固結問題。如果開挖面涌水或襯砌出現漏水問題時，會導致地下水位下降，因此導致土體下降（地基下降），造成這一問題主要是因為地基有效應力增加，從而導致固結沉降問題。

第三，地面損失。在盾構施工中會出現地層損失，并且收到了剪切力影響出現固結沉降問題。地層損失會導致土體開挖到竣工階段產生的體積差，因此周圍土體在彌補地層損失中產生了地層位移問題。導致地層損失的主要因素為：

①開挖土體移動。在盾構掘進過程中，由于土體水受到水平支護應力較小的情況（小于原始測量力），土體就會朝向盾構內側移動，從而導致地層損失問題，導致地面下降；在盾構突進時，如果正面土體側壓力在原始側向力之上，會讓土體產生上、前移動，同樣會造成土層損失，導致都夠前上方的土體隆起。

②盾構后退。盾構施工過程中往往會出現暫停推進的情況，如果此時盾構千斤頂出現漏油回縮就會導致后退問題，導致土層面坍落、松動問題，出現地面損失問題。

③土體進入到盾尾空隙。在施工中如果盾尾后隧道外部空隙中壓漿不夠及時，會導致壓漿壓力或壓漿量不足等問題，這時的盾尾周邊土體會打破原始三維平衡狀態，土體朝向盾尾空隙當中移動，造成地層損失問題。

④推進方向改變。盾構施工當中會產生曲線推進、抬頭等情況，理論上開挖面是圓形，但實際上缺失橢圓，從而引發地層損失。

3 隧道施工引起的地面沉降控制方法

3.1 加強開挖面控制工作

在隧道開挖過程中如果遇到軟弱圍巖情況，需要保證施工的穩定性，進尺要短、控制爆破力度、快速封閉、定時測量，特別是針對Ⅴ級、Ⅵ級圍巖，需要采用雙側壁導坑法、CD施工法、CRD施工法進行，加強循環進尺的控制工作，嚴格控制每一個開挖循環、支護循環，避免因提高施工效率而貿然挖進。

在應用土壓平衡掘進過程中，需要保證開挖面呈現出流塑狀態，加強開挖面的控制工作，采用輸送機并調整復數裝置平整，保持碴倉土一定的壓力，這樣即可抵抗開挖面的土壓和水壓。如果出現水體，可以應用螺旋輸送機和碴倉土進行止水，配合同步注漿系統和二次注漿操作進行控制。這樣即可保障盾構開挖面的穩定性，避免地下水流出問題，從而實現地面沉降控制的目的。

在應用土壓平衡掘進過程中，碴土需要保持良好的流塑形態、稠度適中、摩擦角要低、滲透性要低，如果無法滿足這些要求，可以對混合倉、螺旋輸送機、開挖面中加入外加劑，實現軟塑化處理，提高挖圖器械性能，保證流動性。對于一些黏土地面（滲透小、易流動、摩擦力小），可以采用刀盤切下或螺旋輸送機攪拌后提高流塑性。同時，針對砂性土止水性差的問題，如果開挖掘進水壓較高，會產生地面涌水問題，這就需要注入一定量的添加劑，提高止水性，保證開挖面水壓和土壓，維持表面的穩定性。在實際應用中，將膨潤土和泡沫注入到輸送機口中，必要情況可以向盾殼上注入，這樣可以填補盾殼空隙，從而起到控制沉降的目的。

3.2 控制注漿量

注漿加固能夠有效應對砂層、富水砂層問題，從而填補土體縫隙，減少沉降量問題。在隧道施工中，注漿防沉控制已經成為應用最為廣泛的技術，如果不填充漿液，會導致沉降體積等于地面損失。理論上注漿率（填充率）達到100%即可控制地面沉降，但由于實際影響因素較多，通常注漿率要高于100%，甚至達到了200%以上（效果不夠明顯，因此不需要盲目注漿導致材料浪費）。在淤泥類黏土注漿中，每立方米采用2.3-2.7L漿液即可，漿液稠度控制在10左右；如果是粉質砂土層，每立方米注入0.1L漿液即可；針對不同深埋地區漿液量需要所有增加。漿液壓入時間需要和管片脫開同步進行，否則只能控制上部沉降，無法控制下部土層沉降問題。在實際操作過程中，可以根據每環注漿量計算出手按次數；根據掘進速度計算出手按間隔時間，這樣即可保證掘進工作和注漿工作同時結束。

3.3 地層失水控制

由于地下水流動會產生砂土位移問題，導致砂土間隙縮小、水位下降，從而提高了土體內部應力，出現固結問題，表面沉降。由于砂土滲透性強，僅憑借土倉和絡酸輸送機壓縮不能起到良好的效果，這就需要結合實際情況進行施工。在掘進過程中需要關注開挖面出水情況，如果碴土稀、水量大問題時，需要關閉螺栓輸送機艙門，加入泡沫或膨潤土外加劑，從而補充空隙，提高土層的止水性。在注漿過程中，需要保證管片壁注入量充足，對周圍土體加固，從而起到止水目的，避免管片背后漏水。在通過富含地下水的地層時，需要讓盾構機快速通過，并且在刀盤前方注入泥漿，在管片背后注入玻璃雙漿液，這樣可以封堵地下水，避免因為水量過多產生沉降問題。

4 結束語

綜上所述，在隧道施工中，為了保證隧道施工質量、防治地面下沉，本文重點探究了引起地面沉降的原因，并針對性的提出了開挖面控制、地層失水控制、控制注漿量等方法，這樣才能夠從多個方面控制地面沉降，提高隧道施工整體質量。

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