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摘要：當前盾構法施工已經開始逐漸的應用在我國的地鐵隧道施工中，通過盾構法的使用，能夠有效的提升工程的質量和進度。同時我國也在盾構技術的應用中取得了一定的成功。但是不可否認的是，在具體的應用中還存在很多的問題沒有得到有效的解決，比如盾構法地鐵隧道施工過程中引起的地面沉降問題。我們需要找到盾構法引起地面沉降的原因，并針對具體的原因采取針對性的措施。文章主要對地鐵隧道盾構法中地面沉降的機理、原因以及具體的觀測方式等進行分析，以期能夠為沉降問題的解決提供一些參考。

關鍵詞：地鐵隧道；盾構法；地面沉降

地鐵交通當前已經成為了各大城市中非常重要的交通工具，隨著地鐵交通的發展，地鐵工程也在不斷的增加，在地鐵隧道施工中盾構技術的先進性和安全性使得其應用的范圍越來越廣泛。地鐵的修建一般都是在城市的中心，地下的管線以及地面的建筑都比較多，在隧道的開挖中勢必會影響到地層穩定，造成地表的沉降。盾構施工中引起的地面沉降情況會更加嚴重，甚至直接威脅到地面上的建筑結構安全。為了解決地鐵隧道盾構法造成的地面沉降問題，國內外進行了大量的研究，并建立了沉降計算模型，以期能夠更好的解決地鐵隧道盾構法造成的地面沉降問題。

1盾構法引起的地面沉降原理

地鐵隧道施工中必然會引起隧道周邊土層的擾動，進而引發地面沉降問題。軟土地隧道開挖的過程中，受到地層損失以及隧道周圍環境的干擾等因素都可能會引起地面沉降。

1.1隧道開挖使得地層損失

地層損失主要是由于盾構施工中開挖體積與隧道的實際體積間存在體積差，隧道竣工體積包括隧道外圍包裹的壓入漿體積。如果在彌補地層中出現了地層的移動，將引起地面的沉降，而地層損失的主要因素為：①開挖面的土體出現移動的現象。在盾構挖掘的過程中，開挖面土體的水平支護應力如果小于原始側向應力，那么將會引起開挖面土體的移動，從而造成地層損失，進而引起正面土體的向上、向前移動，從而造成地層損失的土體隆起；②盾構后退。在盾構技術的推進中，如果出現暫停，那么有可能會因為千斤頂漏油或回縮造成盾構后退，進而導致開挖面土體松動，形成地層損失；③土體被擠入盾尾的空隙中。如果在隧道外周空隙的壓漿過程，壓漿量不足，壓力不適或者壓漿的時間不及時，都可能會使盾尾坑道的土體失去平衡，進而出現土體移動形成地層損失。尤其是在含水不穩定的地層中，更容易引發地層損失現象；④推進方向的改變。盾構的過程中有些地點需要進行曲線、抬頭以及糾偏推進，這樣開挖斷面就是橢圓形，因此造成地層損失。盾構軸線與隧道軸線的角度偏差越大，其引起的地層損失也會更大；⑤盾構的推進會使其正面的障礙物不斷的移動，進而產生空隙，但是在推進的過程中無法進行有效的填充，從而引起地層損失；⑥同時隧道在土壓下以及盾構管片拼裝的過程中也可能會因為變形而造成地層損失。

1.2土體受擾動后固結性降低

隧道盾構施工的過程中，會使得周圍的土體受到擾動，進而在隧道的周圍造成超孔隙水壓力。盾構推進后，土體的表面應力得到了有效的釋放，從而使得隧道周圍的孔隙水壓力逐漸的降低，使得孔隙的水被擠壓出來，進而造成地面沉降。同時，在盾構施工的過程中，由于擠壓以及壓漿等作用使得地層周圍形成正值超空隙水壓力區，在施工后的一段時間又會自動復原，進而使得地層排水出現固結變形，造成地面沉降。這種沉降也被稱為主固結沉降。在隧道周圍的土體受到擾動后，土體的骨架還會保持一段時間的壓縮變形，在這個過程中地面出現次固結沉降。

2地鐵隧道盾構施工引起地面沉降主要影響因素分析

隧道工程盾構法施工造成的地面沉降影響分析所應用的方式一般都是應用美國科學家P.B.Peck所推出的估算方法。為了能夠分析地面沉降因素的具體影響，需要采用數學模擬以及數值計算的方法，分析出盾構施工中主要的影響因素地層損失率、盾構半徑、盾構埋深以及盾構穿越土層性質等引起的地面沉降效應。

2.1盾構深埋因素分析

盾構埋深是引起地面沉降比較顯著的因素。在軟土隧道開挖的過程中，埋深的深度一般為6～22m，對盾構施工中的沉降槽進行計算，通過計算得到相關系數為0.976。數值計算中經常采用的參數一般選擇的盾構半徑為3.2m，地層損失率為2%，而穿越的土層為黏土層（淤泥質）。同時通過計算后發現，寬度系數會隨著盾構埋深的深度而增加，這也導致地面沉降影響的范圍不斷的擴大。

2.2地層損失率通過對地層損失的分析

可知，地層損失率對地面沉降也有很明顯的影響。同時有專家認為，如果地層損失率比較大，那么其在施工計算中將不再適用于P.B.Peck理論和公式。所以通過結合工程的實際，可以設定地層損失率分別為：1%、2%、3%、4%以及5%。設盾構埋深為10m，穿越土層不變，盾構半徑也為3.2m。經過計算分析得出，地層損失率影響著寬度系數，寬度系數會隨著地層損失率的增加也減小。隨著地層損失率的增加，沉降量也越來越快。

2.3盾構穿越土層性質

在軟土層的隧道開挖中，主要的土層性質有砂土層、砂質粉土以及淤泥質粘性土，在不同的土層穿越中對地面沉降也有不同的影響。在保持其他工藝條件都不變的情況下，穿越砂土層相對于黏土層來說，其沉降槽寬度的系數也更小，因此沉降量也是最大的。設地層損失率為2%，盾構埋深為10m，盾構半徑為3.2m，計算分析穿越不同土層的寬度系數與沉降量的關系。通過計算分析后可知，在穿越不同土質時地面沉降效應也不同，穿越黏土時的沉降槽寬系數最大，對地面沉降影響的范圍也最大，穿越砂質粉土層，寬度系數比黏土層小，沉降量顯著，在穿越砂土地面時沉降量最大。

2.4盾構半徑

盾構半徑在不同的地鐵隧道中也存在差異，比較常見的盾構半徑有單圓土壓平衡盾構、穿越江海盾構以及雙圓土壓平衡盾構等。其中單圓和雙圓土壓平衡盾構直徑一般都在6～6.5m左右，但如果是越江或者越海的工程，其對泥水平衡盾構的半徑要求更大，一般在7～15m。設單圓盾構半徑為3.17m，雙圓盾構半徑為4.5m，穿江盾構半徑為7.5m；地層損失率為2%，盾構埋深為10m，穿越土層為淤泥質黏土層。通過計算分析發現，盾構半徑對寬度系數具有較為明顯的影響，橫向沉降槽的寬度系數隨著盾構半徑的增大而變大，地面沉降范圍也不斷的增大。

3地面沉降觀測方法

3.1觀測儀器以及觀測要求

在地面沉降觀測中，主要使用的儀器有精密水準儀、鋼卷尺以及銦鋼水準尺。線路沿線以及建筑物的地表沉降的數值與國家規定的誤差要控制在2mm左右，相鄰點高度誤差控制在1mm左右。

3.2沉降觀測點的布設

一般情況下，沿隧道中線上方的地面布設點距離需要控制在5m，并隔四個布設點設置一個檢測橫斷面，每個斷面上要設置5個觀測點。在隧道的中線上設置一個點，然后在其左右隔5m設置一個點。在軟土層或者埋深較淺的區域需要根據隧道的埋深深度以及圍巖地質的條件對監測點和斷面進行加密。如果隧道上方的路面為混凝土，在沉降觀測點的布設中主要采用兩種方式。①混凝土路面觀測點布置，在路面部分沿著中線每隔20m布設一個觀測斷面，觀測點要布設在路面上，從而測量路面的沉降量；②路面以下土層觀測點布設，為了能夠有效的防止路面硬殼層的沉降測量誤差，造成路面虛空，需要通過混凝土路面在地層中打短鋼筋的方式來布設觀測點，從而實現對地層沉降的監測。

3.3沉降觀測頻率

為了能夠更好的控制地面沉降，需要合理安排盾構過程中沉降觀測的頻率，一般需要在盾構機頭前10m的位置或者后20m的范圍每天的早、晚觀察各觀測一次，同時根據施工的進度不斷的增加觀測的次數。在這個范圍內的監測點則需要每周進行觀察一次，直到保證周圍的土層穩定為止。如果沉降或者隆起超過規定的限差，或者出現異常的變動情況，則需要加大觀測的范圍和頻率。

4結束語

綜上所述，隨著地鐵交通的建設，盾構施工法逐漸在隧道的開挖中得到廣泛的應用，提升了地鐵隧道開挖的效率和質量。但是在盾構施工的過程中，不可避免的會出現地面沉降現象，不僅影響地面的美觀，更可能會造成嚴重的安全事故。因此我們需要加強對盾構施工中引起的地面沉降的機理以及原因的研究，同時保證地面沉降的觀測，進而及時、有效的預防地面沉降現象的出現，降低地面沉降帶來的危害。

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作者：賈文愷 單位：中交隧道工程局有限公司