張博 任博 姚毅

摘要：隨著科技與經(jīng)濟的發(fā)展，隧道施工的機械化程度越來越高，隧道盾構(gòu)機已經(jīng)廣泛應用于隧道施工。雖然盾構(gòu)施工對環(huán)境影響??；施工不受地形地貌、地表環(huán)境條件的限制；地表占地面積小；施工受天氣狀況和氣候條件影響小；使用范圍廣，可用于多類地層等優(yōu)點。但施工中隧道上方一定范圍內(nèi)的地表沉陷難以完全消除，由于某些原因?qū)е碌乇沓两颠^大，造成周圍建筑物大量損壞，給人民財產(chǎn)帶來重大損失，同時也嚴重影響了周邊壞境。因此，研究盾構(gòu)施工引起的地表沉降問題有著非常重要的意義。

關鍵詞：盾構(gòu)施工 地表沉降 沉降原因 沉降控制

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設將迅猛發(fā)展，地上空間緊張，人口膨脹、交通阻塞等城市問題日益嚴重，這就嚴重阻礙了城市的發(fā)展。地鐵快速客運系統(tǒng)能夠極大的緩解了市區(qū)地面交通阻塞狀況，對改善城市交通發(fā)揮著重大作用。隨著上海多條越黃浦江隧道、越珠江獅子洋高速鐵路隧道，南水北調(diào)工程等一大批世界級盾構(gòu)隧道的開工建設，我國已成為世界上盾構(gòu)隧道工程總量最多、規(guī)模最大、發(fā)展最快的國家。今后，盾構(gòu)隧道還有相當大的發(fā)展空間。

一、地表沉降的危害

雖然盾構(gòu)施工對環(huán)境影響??；施工不受地表環(huán)境條件的限制；地表占地面積小，征地費用少；施工受天氣狀況和氣候條件影響??；使用范圍廣優(yōu)點。但盾構(gòu)法隧道的施工引起地層的擾動，引起周圍土體應力和應變狀態(tài)的改變，從而引起地層變形和地面沉降。當?shù)貙幼冃纬^一定范圍時，就會嚴重危及臨近建筑物、道路和地下管網(wǎng)的安全。所以在設計施工階段，有必要預測隧道施工引起的地層變形，保護現(xiàn)有周圍建筑物，這需要深入研究盾構(gòu)法隧道施工對土體的擾動機理以及產(chǎn)生的地層變形，從而采取相應的措施減小變形，降低對周圍環(huán)境的影響。

二、地表沉降的原因

盾構(gòu)推進引起的地層損失和盾構(gòu)隧道受擾動或受剪切破壞的重塑土的再固結(jié)，是地面沉降的基本原因。主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1.隧道的開挖破壞了地層原來的平衡狀態(tài)并使周圍土體受到擾動以及地下水位的變化導致地層原始應力狀態(tài)的改變，這些都會造成土體變形和地表下沉。

2.盾構(gòu)施工中輔以降水法時，在井點管四周形成漏斗狀曲面，漏斗外圍地下水流動補給而產(chǎn)生動水壓頭，出現(xiàn)土中有效應力增加，產(chǎn)生固結(jié)沉降。

3.當向盾尾和襯砌之間的建筑空隙中注漿不及時或者注漿不足時，均會造成盾尾隧道周邊土體向盾尾環(huán)形空隙移動而引起地表沉降。

4.盾構(gòu)掘進時，開挖面土體受到的水平支護應小于原始側(cè)向應力，則開挖面土體向盾構(gòu)內(nèi)移動，引起地層損失而導致盾構(gòu)上方地面沉降。

5.改變推進方向。盾構(gòu)在曲線推進、糾偏、抬頭或叩頭推進過程中，實際開挖斷面不是圓形而是橢圓，因此引起地層損失。

6.隧道襯砌結(jié)構(gòu)及接縫防水處理不當或者施工質(zhì)量差而出現(xiàn)隧道滲漏點，導致水土流失，而出現(xiàn)嚴重不均勻沉降。

三、影響沉降的因素

1.隧道覆土厚度

實測和實驗研究表明：隧道埋深對地層沉降的影響因地層情況各異，Attewell研究給出如下關系：

式中：R——隧道半徑；

h——隧道覆土厚度；

i——隧道軸線到地面沉陷槽曲線反彎點的距離；

k，n——與地層特性及施工因素有關的常數(shù)。

2.盾構(gòu)直徑

在隧道埋深一定時，地表沉降隨著盾構(gòu)直徑的增大而增大。

3.隧道介質(zhì)種類和環(huán)境的影響

盾構(gòu)法施工地面沉降槽寬度主要取決于最接近隧道拱頂?shù)哪且粚油恋臓顩r。這意味如果隧道完全位于地下水位以下，則緊挨隧道上方的承壓水土層對沉降槽有重大影響。

4.盾尾注漿填充率

地面最大沉降隨注漿填充率的增加而減小甚至可能出現(xiàn)隆起。因此，施工時要試驗得到最佳注漿填充率，減小地面沉降。

5.地層物理力學性質(zhì)

地層土體的壓縮性、強度性質(zhì)等對地面沉降有重要影響。

6.施工條件

盾構(gòu)推進過程中，土倉壓力、推進速度、盾尾注漿開始時刻、注漿量和注漿壓力、二次補注漿壓力、數(shù)量與次數(shù)、出土量等等都會影響地表沉降，甚至同施工人員的工作態(tài)度、技術(shù)水平等主觀因素有著聯(lián)系。

四、地表沉降的控制

根據(jù)國內(nèi)外資料和施工實踐，對地表的沉降只要采取相應的技術(shù)措施，還是能控制在很小范圍內(nèi)的。其一般措施如下：

隧道法施工前，首先進行地質(zhì)勘探，然后根據(jù)不同的地質(zhì)條件選定所需的盾構(gòu)類型及輔助施工方法，減少對土體的擾動及防止開挖面的坍塌。

施工階段采取的措施：

（1）盾構(gòu)前方的隆陷控制。地表隆起的主要原因是盾構(gòu)正面對土體的推進力大于原始側(cè)向力，因此在實時監(jiān)測的情況下， 可以根據(jù)地表隆起狀況調(diào)整推力、出碴速度， 達到降低地表隆起的目的。地表沉降是由于開挖面推力小于原始側(cè)向應力而引起，通過減少出碴量，提高正面壓力，達到控制沉降的目標，并保持開挖面的穩(wěn)定。

（2）盾構(gòu)通過時的沉降。這一沉降是無法避免的，但是如果超限， 可以通過采取調(diào)整掘進速度，及時注漿等， 使盾尾后隧道周邊的土體及時處于三向應力狀態(tài)， 從而達到有效控制地層的彈塑性變形。

（3）固結(jié)沉降的控制。盾構(gòu)通過后， 由于應力松弛的影響， 地層還會發(fā)生固結(jié)沉降， 根據(jù)地面實時監(jiān)測結(jié)果進行實時控制， 在管片襯砌背后實施回填與固結(jié)注漿， 尤其是對拱部120°范圍進行地層加固注漿。

（4）其它施工措施。盾構(gòu)在曲線推進、糾偏、抬頭或叩頭推進過程中， 實際開挖斷面是圓形而變?yōu)闄E圓， 從而會引起附加變形， 此時應調(diào)整掘進速度等， 達到減少對地層的擾動度和減少超挖的效果， 從而減少變形。

五、結(jié)語

雖然即使采用當前先進的盾構(gòu)技術(shù)，也難完全防止地表沉降。但是可以采取一些有效的措施，把地表沉降控制在最小范圍內(nèi)，不使周圍建筑物受到破壞。在以后的盾構(gòu)隧道施工中，為了減小地表沉降，我認為應該采取以下兩方措施：

在技術(shù)方面：應該發(fā)展更加先進的盾構(gòu)機，壓力控制系統(tǒng)更加靈敏、有效，盾尾注漿更加密實，掘進過程更加穩(wěn)定等方面技術(shù)在施工方面：應該培養(yǎng)一支專業(yè)化、高素質(zhì)的施工隊伍，杜絕一些由于操作不當，而引起的地表沉降事故。

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