马君安
中铁十一局集团城市轨道工程有限公司
摘要：随着城市化进程的加快，我国地铁交通得到了一个较为迅速的发展，地铁交通的发展所带来的直观影响就是人们出行效率的提高，当然，地铁工程规模也在逐步扩大化。地铁一般修建在城市中心或者地下中心，修建地铁必然离不开隧道的开挖，隧道开挖对地层的影响比较大，常常伴随地表沉降问题，而盾构施工中的地面沉降问题更为严重，对地面建筑结构都造成了一定的损害，所以探讨地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题具有一定的现实意义。文中概述了在地铁隧道施工中因盾构法引起的地面沉降原理，分析了引起地面沉降的主要影响因素及地面沉降观测方法，旨在为解决地面沉降问题提供一些参考。
关键词：地铁隧道; 盾构法; 地面沉降;
1.盾构施工中的地面沉降成因分析
因盾构施工而引发的地面沉降具有阶段性具体有：(1）初期沉降。随盾构作业的推进，前方滑裂面因失稳而发生沉降，伴有较明显的挤压变形现象，导致大范围的应力释放，最终出现固结沉降。（2）开挖面沉隆。随盾构作业时间的延长，土体应力状态较前期发生显著变化，土体应力释放量较大，土层出现塑性变形。（3）盾构通过期间的沉降。从空间关系角度分析，盾构外壳与土层接触部分构成滑动面，该处存在较强的剪切应力，在其作用下使地表变形。（4）盾构通过后的沉降。建筑空隙为重要的成因，除了管片与盾构外壳两部分所形成的空隙外，还包含由于盾构偏移隧道轴线产生的空隙。（5）盾构后期的沉降。此处主要指固结沉降现象，其反映的是地层沉降的时间效应，根据现有技术水平难以从根本上避免此类沉降。
2.盾构法引起的地面沉降原理
2.1 隧道开挖破坏了地层稳定性
在地铁隧道盾构施工中，我们要兼顾多个方面的影响因素，盾构施工包含了多个操作环节，在对地层进行开挖的过程中，受外部作用力的影响，隧道外层的物质会随着内部向心力涌入到隧道中，彼此相互挤压移动，对地层的稳定性影响较大。隧道开挖后，地表土体结构会发生改变，特别是在使用盾构法施工中，掉应力的把控是比较严格的，如果应力波动幅度过大，那么随着地层的移动和土体的缺失，地层就会呈现一个不稳定波动，出现较多的土体隆起。土体被挤入盾尾的空隙中，隧道向外扩充，如果压降量没有达到预期的标准，就会使得压浆压力出现范围性波动，导致盾尾坑道土体失衡，尤其是在水体含量不稳的地层，更容易出现地面大幅度波动沉降问题。以沉降控制要求为工作导向，做好盾构机选型工作，确保其在运行参数、盾构姿态等方面均具有合理性，优化盾构施工方法，提高盾构施工期间的沉降控制水平。
2.2 土体稳定性降低
盾构施工中涉及的设备比较多，盾构设备的体积比较大，在运行的时候，会对地层产生强烈的振动幅度，使土体结构受到破坏，盾构施工所形成的隧道周围有一层空隙，空隙的存在使得水流流入到了隧道中，在盾构设备持续推进的过程中，大量的水流进入到其中，空气内部的水压力逐渐降低，内部压力的失衡导致地面沉降现象的出现。盾构施工所产生的压力比较大，持续性的土体波动幅度较长，如果没有进行合理的处理，会对土体造成较大的破坏。
3.地铁隧道盾构施工引起地面沉降主要影响因素分析
3.1 覆土厚度与盾构外径的影响
在盾构施工中，存在的不可控因素比较多，很多因素都与盾构外径大小有着较为密切的联系，正常情况下，盾构外径是呈动态变化的，其外径长度越大，盾构施工中对土层的波动幅度就越大，在同样的地层波动中，随着沉降槽宽度的增加，其地面下沉深度也会相应增加，隧道的覆土厚度与盾构外径之间呈方向关系，也就是说，覆土厚度越大，地层更加稳定，地面沉降值就越小。
3.2 盾构穿越土层性质
盾构施工中所涉及的土层种类比较多，很多土层都处于中间节点，不同的土层其物理性质不同，在盾构施工中，所体现出来的地面沉降现象也有一定的区别，在软土层中，所包含的穿越砂土层的隔离系数比较小，沉降量也更低。基于盾构结构的不同，在穿越不同土质中所产生的地面沉降效应是有一定区别的，穿越砂土层相比于黏土层，宽度系数要低一些，所产生的沉降量更多。
3.3 地下水流失因素
在深度隧道施工中，地下水流失会造成水位的降低，这对于盾构施工中地面的稳定性有着极大的影响，尤其是在桩基孔隙率较大的地层，地下水流失造成的地面沉降现象更为严重，盾构机运行的时候，对土层的波动影响较大，当盾构机长时间未工作，地下水就会通过盾构通道流向挖掘面，使得地铁隧道方向与水连通，在水的贯穿作用力下，隔水层水位降低，地下水位也会降低，停止挖掘使得开挖面水量大幅度流失。如果地铁隧道表面的土层较为松散，而且没有一个良好的密封性，在盾构施工的时候就容易形成上下连通的水力通道，随着盾构机的推进，引起地面沉降。
3.4固结沉降的控制
以盾构通过后长期地面监测信息为立足点，采取合适的后期固结沉降控制措施。管片上存在预留注浆孔，可以通过该处组织注浆作业，达到抑制沉降持续发展的效果。从粉质黏土整个沉降周期的角度来看，后期沉降具有持续时间长且难以避免的特点，但仅占到总沉降量的5%左右。
4地面沉降观测方法
4.1 沉降观测点的布设
正常情况下，沉降观测点布置在岩隧道的中线地面上，地面布设点的距离控制在5m左右，每个检测断面上布置5个观测点。现在隧道的中线上设置一个点，点与点之间的距离左右间隔为5m。对于不同的地层布设点距有着一定的变化，在软土地层，要根据隧道的深埋度和周围地质条件做出合理的调控，对监测点和断面进行加密。如果隧道上方路面为混凝土，在沉降的时候可以采用两种布设方式：一是混凝土路面观测点布置，在路面中心处每隔20m布设一个观测段面，在路面表层上，从而更好的观测路面沉降量；二是路面下方土层布设观测点，这样可以防止路面硬化造成观测误差。
4.2 沉降观测率
为了对地面沉降进行全面的把控，我们需要合理调控盾构过程中的观测频率，可以在盾构机头前10m位置处每天早晚各观测一次，根据数据变化调整观测次数，保证观测数据的准确性。在观测范围内，要每周对观测点进行检查，保证观测点土层处于稳定状态，如果土层沉降或者隆起超过了规定的限差，需要进一步加大观测的范围和频率。
5结语
盾构法在地铁隧道施工中的应用比较广泛，受现场地质环境、周边建（构）筑物、施工作业方法等方面的影响，易发生地面沉降现象。文章通过对地面沉降成因的分析，提出具体的处治措施，以提高地铁隧道盾构施工水平，且应用效果也比较理想，但不可忽略的是因盾构施工引起的地面沉降。我们要进一步加强对盾构施工的研究，从盾构施工引起的地面沉降机理入手，采用合适的预防措施降低其沉降危害。
参考文献
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