地铁盾构施工中引起地面变形的影响与控制措施

摘 要：文章针对地铁盾构施工过程中引起的地面隆起或沉降等现象，以某市地铁盾构施工项目为例，通过较为完善的地面监测方案收集整理和分析地面沉降监测数据，以获得盾构掘进对地面变形产生影响的范围和程度，并提出相应的施工控制措施，为盾构施工提供安全和技术支撑，以期对同类工程有一定的指导意义。

关键词：隧洞；盾构施工；地面沉降；施工控制措施

1 概述

近年来，随着我国城市化进程的加快，全国各大城市都已兴建（或在建）城市地铁交通工程来满足广大市民的出行需求。目前，国内外地铁施工中较为常用的方法为盾构法施工。所谓盾构法是一种利用盾构机械在地下暗挖隧道的施工方法。纵观各国地铁盾构施工技术发展历程，盾构施工过程中引起的地面变形问题不容忽视[1]。因此，我们必须对盾构施工过程中地面变形进行监测，对产生沉降原因进行及时分析，并提出相应的控制措施。文章以某市地铁盾构施工项目为例，通过较为完善的地面监测方案收集整理和分析地面沉降监测，以获得盾构掘进对地面变形产生影响的范围和程度，并提出相应的施工控制措施，为盾构施工提供安全和技术支撑，以期对同类工程有一定的指导意义。

2 盾构施工监测实例

2.1 工程简况

某市轨道交通二、八号线。线路起止里程右线为：YDK7+622.000～YDK9+849.94，隧道全长2248.728m，长链20.788m；左线为：ZDK7+622.000～ZDK9+849.940，隧道全长2253.867m，长链25.927m。全段区间为地下线，采用盾构法施工。

2.2 监测项目

盾构施工监测项目主要是地表沉降和隆起、建筑物和管线及其基础等的沉降等。

2.3 施工监测周期

在盾构掘进施工过程中，对布设在刀盘前方20m以及盾尾后方30m范围内的监测点应该每天至少早晚各观测1次。若遇变形异常情况，则需增加观测次数。

3 盾构掘进施工控制措施

盾构掘进施工主要控制参数包括前仓压力、掘进速度、同步注浆等。结合本工程的实际情况主要从以下几个关键参数进行控制：

3.1 前仓压力

本区间使用的是土压平衡式盾构，其前仓压力的大小对维持开挖面的稳定相当重要。一般地，当盾构前仓压力等于原静止土压力时，土体受到的扰动很小，地层不会出现大的变形；当盾构前仓压力大于原静止土压力时，前方土体受到水平方向的强烈挤压而发生向前移动，因竖直方向的泊松效应导致土体出现向上移位，从而引起地面隆起；反之，开挖面土体由于受到较小支撑力而发生向后移动，若出土速度过快，开挖面前上方土体会发生塌落，从而导致地面沉降。

前仓压力应随隧道上部覆土厚度的不同而发生变化。控制地层损失、减少地层变形的关键手段是修正土仓压力，建立有效的土压平衡。对于本工程，应根据隧道埋深，计算出的前仓压力取值应在0.18MPa左右。由监测结果可知，土压设定较低时，地表沉降会较大。根据数值模拟结果可知，土压力对于沉降有不小的影响，提高土压力会减少最终沉降，过高的土压力会导致差异沉降明显。由数值模拟结果可知，盾构穿越既有线时土压力设置在0.22-0.24MPa比较合适。

3.2 掘进速度

掘进速度参数控制的重点在于使土体尽量切削并非挤压。过量挤压会导致前仓内外压差，增大对地层的扰动。当在无结构物下面进行推进时，推进速度可控制在20-30mm/min之间；对盾构进行纠偏时，应取较慢的速度。结合本工程实际情况，盾构推进速度可控制在10-20mm/min。

3.3 同步注浆

同步注浆是在盾构施工中改良地层性状、减少地面沉降的切实有效方法。

同步注浆压力选取应当适中，一般情况下，只需使浆液压入口的压力大于该处水土压力之和，即能使建筑孔隙得以充盈。若压力过大，会导致周围土层产生劈裂，且造成较大的地层后期沉降。在掘进阶段，可按1.2？酌0h确定注浆压力。针对本工程实际情况，注浆压力初步定为0.26MPa。

同步注浆应在盾构推进同时注入或在盾构推进后即刻注入。由于本工程开挖处地层为粉土以及粉质粘土，容易发生塌落，因此应该及时注入。

注浆速度与盾构推进速度有很大的关系。如果注浆速度大于盾构的前进速度，则会导致跑浆现象，甚至会穿过盾尾进入盾构机内污染拼装工作面；如果注浆速度小于盾构的前进速度，则会出现盾尾脱出的部位大幅度沉降。

4 结束语

（1）通过上述分析可知，盾构的通过阶段和盾尾脱出阶段是地面扰动沉降的主要阶段，因此，若要有效地控制地层扰动沉降，则必须重点关注盾构通过和盾尾脱出这两个阶段。

（2）通常情况下，盾构掘进地面横向沉降类似于正态分布，最大沉降量发生在隧道轴线附近，沉降影响范围大约在隧道轴线两侧30m范围内；盾构掘进施工主要影响区域在隧道轴线附近5m范围内，地面沉降拐点位于该区域，该区域沉降占总沉降的1/6～1/7。

（3）盾构掘进对其前方约30m范围的土体产生较大影响，土体沉降是一个缓慢过程，其值一般不大于5mm，且不发生地面隆起现象；后方土体对盾构掘进的影响范围主要在0～10m范围，对于不同地质情况，沉降一般会有较大变化，为最大沉降值的30%～50%，且变化速率较大。

（4）盾构掘进中应根据实时监测数据及时调整修正前仓压力，建立有效的土压平衡，以达到控制地层扰动、减少地层变形的目的。数值模拟结果显示，盾构穿越既有线时土压力设置在0.22-0.24MPa比较合适。

（5）同步注浆是在盾构施工中改良地层性状、减少地面沉降的切实有效方法；二次补注浆是在同步注浆的基础上进一步控制土体后期沉降的良好且必要的手段。

参考文献

[1]葛世平，廖少明，陈立生，等.地铁隧道建设与运营对地面房屋的沉降影响与对策[J].测绘通报，2009（2）：46-49.