基于盾構法隧道施工的地面沉降控制措施探討

張秀艷

（中鐵十六局集團有限公司，北京 10000）

地鐵隧道盾構施工因為是地下工程，施工中易造成地層損失，造成地面沉降，通過分析盾構法隧道施工土體擾動機理，探討控制地表沉降的有效措施，能夠減少由于地鐵施工而造成的安全事故，這對保障施工人員的生命安全和保證施工成本及進度具有非常重要的意義。

1 由盾構法隧道施工而導致地面沉降的機理

1.1 盾構隧道地面沉降規律

地面沉降規律就是盾構掘進引起的區域性地面標高沉降規律[1]。

盾體到達前地表變形主要因盾構推進壓力波動引起，自開挖地面觀測點到開挖面位于觀測點正下方產生的隆起顯性，開挖面土體原有土壓力保持一定的平衡。

從盾構切口達到觀測點到盾尾離開測點這一時間段出現地表沉降現象，是由于盾體向前掘進的過程中形成一個剪切滑動面，盾尾通過了測點之后產生地表沉降以及掘進過程中刀盤對土體的擾動，是因為盾體的外徑比管片要大，從而造成土層應力釋放，最終引起地表變形。

后期沉降其實可以說是盾尾脫除7d 后出現的地表沉降現象，其表現了地層沉降的時間效應，盾構法施工中刀盤切口沉降及盾尾脫出后的沉降量較大，刀盤切口沉降變形控制要素是土倉上壓力，要想控制脫出盾尾后沉降的現象，那么就要做好盾尾間隙及時同步注漿的工作。

1.2 地面沉降的影響因素

盾構隧道施工產生地面沉降機理是開挖面應力釋放等引起地層彈性變形，隧道施工引起地面沉降主要包括支護結構背后孔隙閉合引起地面沉降，開挖過程中，周圍的土體受到干擾會向土倉內涌入，進而引起地面沉降現象。運用盾構法進行隧道施工時引起的地面沉降，可以說主要是由開挖沉降和固結沉降造成的，盾構施工時有時會導致地層損失的情況，從而讓土體再固結，這是出現地面沉降情況的根本原因。

影響地層沉降大小的因素分為內、外因素，最接近隧道拱頂的土層特性是影響地表沉降槽寬度的主要因素。地面沉降會隨著盾體切口外徑的增大而增大，如果覆土厚度增大，地面沉降值會隨之而減小。

需注意的是，諸如盾構施工中的糾偏、叩頭等姿態調整也會引起多余的地層損失，刀盤切口外徑與管片外徑之間也存在一定的空隙，工程中普遍采用同步注漿法減小地層損失。所以，要想使盾尾后部隧道周邊的土體能夠保持平衡，務必要及時進行注漿。

2 工程概況

文章依托呼市地鐵2號線百合路站～新店站盾構區間，區間結構距建筑物較近。區間隧道上方將穿越雨水管，中壓天然氣管道，中國移動信號塔以及快速高架橋等眾多市政管線及風險。區間穿越地層主要為3-5 細砂、3-6 中砂、3-8 礫砂、3-9圓礫層等，盾構始發約有1/2 斷面處于圓礫層。

接收端為地下一層車站，地面覆土非常淺，且接收端地質條件差，一旦出現端頭井滲透會造成既有線癱瘓。區間先后經半徑800m 曲線段、半徑600m 曲線段，而后轉直線進入站內。

3 盾構施工地面沉降的控制

3.1 始發階段施工技術

盾構進出洞施工是地鐵施工中較大的風險點，盾構在地質條件復雜的工程中施工易造成地下水淹沒隧道，地面坍塌等事故。要想保證盾構進出洞安全，需要時刻注意端頭井地基加固的質量及始發接收端進行降水措施，其是控制盾構進出洞安全的關鍵，加固過程中應該控制好水泥的用量，確保地基加固質量。進出洞前取芯進行檢驗加固土體強度是否滿足要求，深度穿透旋噴樁。

盾構機是直線型鋼體，小半徑線路掘進不能很好地與設計曲線擬合，盾構機不斷進行較大幅度糾偏可能導致管片向曲線外側偏移，引起管片橫向內外喇叭口及縱向較大的錯臺，管片承受千斤頂推力不均會導致管片破裂。地質條件復雜區間隧道施工中，為確保盾構順利穿越，在土倉內或刀盤掌子面添加外加劑進行改良土體，保證地層的穩定與土倉內環境。此外，區間沿線下穿越眾多建筑物，因此容易出現沉降過大的情況，進而導致建筑物裂縫倒塌。為保護建筑物安全，在推進前詳細調查建筑物的建筑結構，埋深及隧道位置關系等?？刂贫軜嬌贤羵}壓力控制，推進速度，推進完成后保壓情況及每環出土量，必要的時候從地面打孔進行雙液注漿[2]。

由于區間沿線穿越多條市政管線，且部分管線靠近隧道，因此在盾構推進施工的時候，比較容易出現沉降大、管線接頭斷裂等現象，施工前進行管線檢查，推進試驗段摸索推進參數，重要管線設置深層觀測點，加強同步注漿及跟蹤注漿，要按照監測情況及時對施工參數進行調整，保證施工效果良好。

3.2 正常段施工技術控制

運至施工現場的盾構管片，保證管片防水面的整潔。管片拼裝時把握好襯砌環面的平整度，嚴格保證縱環向間隙，每環要保證盾尾清潔度，和管片聚氨酯止水條以及遇水膨脹止水條的粘貼質量控制。拼裝完成后，要對千斤頂的頂力進行調整，以及管片螺栓復緊情況控制，此外，還需要嚴格控制好環面平整度與相鄰環高差，相鄰塊管片錯臺應該要＜4mm。

注漿的目的是減小施工后的變形，漿液設計性能要達到泵送的條件，注漿強度應符合各種規范的要求?？捎残詽{液應用廣泛，能夠很好地維持隧道的穩定。漿液各種材料配比根據施工要求進行進一步調整，參考表1。

表1 漿液的具體配比（單位：kg／m3）

盾構機掘進中派專門人員管理同步注漿，認真仔細記錄注漿點的位置，每臺盾構機最后一節車架后配備平板車，保證管片在盾構機臺車區域內能夠順利完成間歇二次注漿，加密注漿的過程中，要依據現場的施工情況進行。接收階段為盾構接收前50 環，要想確保出土量、總推力等施工參數具備合理性，可以通過開挖面處土體的上浮量以及穿過后土體的沉降量來進行。

盾構機駛入接收階段后降低推進速率，達到降低擾動地層的目的。將推進速度維持在15mm/min 左右。在盾構機前進到接收井前200m 的時候，要注意對盾構姿態進行調整到位，這樣做的目的是保證盾構能夠勻速且均衡地推進。此外還需注意的是，要定時對每環管片的超前量進行檢查，密切觀察管片與盾構機孔隙，相對區域油壓變化，減小盾構掘進對地面的影響。

接收階段加固區內采用水泥漿進行壁后二次注漿，漿液通過襯砌管片注漿孔進入土層中。依據探測孔情況適時調整注漿。近洞口處最后11 環管片用14 號槽鋼連接，防止盾構接收后無推力，導致管片向前或者向下位移導致管片錯臺，待后澆環梁施工完畢之后，方可將拉緊裝置進行拆除。

4 結束語

綜上所述，文章結合盾構施工項目實例，研究了盾構法引起的地表沉降規律，盾構始發接收過程中易造成地表沉降，應保證盾構始發接收段端頭井地基加固質量，掘進中控制好土壓，注漿量，注重渣土改良等。根據地區地質特點合理控制盾構機刀盤與開口率，執行監測指導施工的原則。