地铁隧道盾构施工引起的地面沉降及安全对策研究

　　摘要：盾构法是城市地铁隧道施工的主要方法。我国虽然在盾构法隧道施工方面已取得了一定的成功经验和技术积累，但在与之相关的地质工程领域内，仍然存在许多尚待解决的理论和技术问题。依据现有的文献以及成功经验，对盾构法隧道施工中的地面沉降以及地面沉降类型和原因分析，通过对地面损失以及地下水流失导致的地面沉降进行探讨，同时提出应有效控制施工中的掘进参数，保证地铁隧道盾构施工安全。
　　关键词：地铁隧道；盾构施工；地面沉降；安全对策
　　随着城市交通建设的迅速发展，盾构施工法在地铁施工领域得到了广泛的应用，地铁施工引发的地面沉降问题逐渐受到了人们的重视，怎样对盾构施工中的地面沉降问题进行合理的预测和防范，成为了地铁盾构施工亟需解决的重要问题。
　　一、地铁隧道施工的沉降现象
　　盾构施工过程中，地表沉降具有横向和纵向两种表现形式。纵向的地表沉降又可分为先行沉降、开挖前沉降、盾尾沉降、盾尾空隙沉降以及后续沉降等。引起地面沉降的原因是多样化的，包括盾构施工掘进造成地面损失引发的沉降；盾构施工引起地下水流失造成的地下水位降低，引发了地层的固结沉降。盾构施工中存在的地质资料与建筑物基础资料与实际状况不符，造成施工措施不当引发建筑物开裂。盾构衬砌结构的变形以及地层原始应力的改变等。
　　二、引起地铁隧道施工中地面沉降的原因分析
　　1、地层损失引发地面沉降
　　地铁隧道的施工中，盾构施工将对相应的土体产生扰动，从而引发一定范围内土体成为松土而造成地层的损失，根据相应的理论分析和实际工程项目实例的总结，引起地层损失的因素包括开挖面的土体移动；盾构的后退；土体挤入了盾尾空隙；推移方向的改变；盾构正面障碍物，从而使地层在盾构通过后产生的空隙难以压浆填充引发地层损失；盾壳在移动后对地层产生了摩擦和剪切；在土体压力的作用下，地铁隧道的衬砌产生了形变引发的地层损失；当隧道衬砌具有较大的沉降时也将引发地层损失。
　　2、地下水流失造成地面沉降
　　深埋隧道的施工中，地层损失所造成的地面沉降主要对建筑物的端承桩造成影响。而地下水流失所造成的地下水位下降则主要对建筑物的浅基础以及长度较短的摩擦桩造成影响。尤其是桩基基础以下间隙率较大的地层，例如中粗砂层，其所造成的沉降较大。在土压平衡式盾构机器掘进过程中，普遍存在拱顶同步注浆不密实的状况，从而导致了拱顶处沿着地铁隧道方向水力连通。而当盾构机器长时间停止掘进作业时，地下水容易从盾构机的后方流向开挖面，从而引发了地下水流失。而当地层起伏较大，或是地层存在地质钻孔、封孔的质量不良时容易与上部地层造成水力通道，贯通隔水层引发地下水水位下降，此外含水量较大的地层中，盾构机的停止掘进也将导致开挖面较大的水量流失。当地铁隧道上层的土层覆盖较浅且土质较为松散，并且存在未封堵的地质钻孔时，由于形成了上下连通的水力通道，当盾构机推进后地下水下降迅速，从而引发地表沉降。
　　三、地铁隧道施工安全对策
　　1、地面沉降的加固措施
　　一方面，将桩基末端侵入隧道，若是剩余的桩基无法满足施工设计的要求，则可通过预注浆提高桩基的承载能力，并且在盾构施工过程中采用地面跟踪注浆，从而保证建筑物的稳定性和安全性。
　　另一方面，当桩基已经侵入隧道，则应对桩基进行梁式的托换或是板基基础的转换，必要时可切断原有的桩基。
　　2、合理设计穿越建筑物掘进参数
　　盾构引发的建筑物沉降是建立在盾构使用正确的掘进基础上的预测，而在实际施工中，应对预测中沉降量较大的建筑物提前加固。具体施工中，对掘进参数进行良好的控制是实现建筑物保护的重要措施。当盾构穿越建筑物时，其参数的设置应通过准确计算不同地层在理论上的土方出土量，具体的施工中应严格按照计算结果对出土量进行有效控制，采取土压平衡式方式进行掘进，土压力值应根据实际施工状况合理设置。
　　3、施工中的安全对策措施
　　施工过程中穿越沉降敏感地区或是地下水区域较大的地区应采用全土压掘进方式；在通过建筑物时应保持连续的掘进，避免停机；具体的掘进过程中应控制好盾构的姿势，避免由于偏差的纠正而造成超挖现象；注重同步注浆和二次注浆，保证管片与地层之间间隙密实；盾构机施工中应采取耐磨性高的刀具，从而减少换刀的次数，确定合理的换刀计划，预先在建筑物前换刀工作，避免盾构在建筑物下方停留；实现对衬砌拼装的偏差控制，有效减少后期的沉降，同时在掘进过程中应建立良好的施工监测体系，实现对现场问题的及时反馈，从而实现对地面沉降状况的及时掌控，建立安全的地铁隧道施工体系。
　　参考文献：
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