张秀艳

（中铁十六局集团有限公司，北京 10000）

地铁隧道盾构施工因为是地下工程，施工中易造成地层损失，造成地面沉降，通过分析盾构法隧道施工土体扰动机理，探讨控制地表沉降的有效措施，能够减少由于地铁施工而造成的安全事故，这对保障施工人员的生命安全和保证施工成本及进度具有非常重要的意义。

1 由盾构法隧道施工而导致地面沉降的机理

1.1 盾构隧道地面沉降规律

地面沉降规律就是盾构掘进引起的区域性地面标高沉降规律[1]。

盾体到达前地表变形主要因盾构推进压力波动引起，自开挖地面观测点到开挖面位于观测点正下方产生的隆起显性，开挖面土体原有土压力保持一定的平衡。

从盾构切口达到观测点到盾尾离开测点这一时间段出现地表沉降现象，是由于盾体向前掘进的过程中形成一个剪切滑动面，盾尾通过了测点之后产生地表沉降以及掘进过程中刀盘对土体的扰动，是因为盾体的外径比管片要大，从而造成土层应力释放，最终引起地表变形。

后期沉降其实可以说是盾尾脱除7d 后出现的地表沉降现象，其表现了地层沉降的时间效应，盾构法施工中刀盘切口沉降及盾尾脱出后的沉降量较大，刀盘切口沉降变形控制要素是土仓上压力，要想控制脱出盾尾后沉降的现象，那么就要做好盾尾间隙及时同步注浆的工作。

1.2 地面沉降的影响因素

盾构隧道施工产生地面沉降机理是开挖面应力释放等引起地层弹性变形，隧道施工引起地面沉降主要包括支护结构背后孔隙闭合引起地面沉降，开挖过程中，周围的土体受到干扰会向土仓内涌入，进而引起地面沉降现象。运用盾构法进行隧道施工时引起的地面沉降，可以说主要是由开挖沉降和固结沉降造成的，盾构施工时有时会导致地层损失的情况，从而让土体再固结，这是出现地面沉降情况的根本原因。

影响地层沉降大小的因素分为内、外因素，最接近隧道拱顶的土层特性是影响地表沉降槽宽度的主要因素。地面沉降会随着盾体切口外径的增大而增大，如果覆土厚度增大，地面沉降值会随之而减小。

需注意的是，诸如盾构施工中的纠偏、叩头等姿态调整也会引起多余的地层损失，刀盘切口外径与管片外径之间也存在一定的空隙，工程中普遍采用同步注浆法减小地层损失。所以，要想使盾尾后部隧道周边的土体能够保持平衡，务必要及时进行注浆。

2 工程概况

文章依托呼市地铁2号线百合路站～新店站盾构区间，区间结构距建筑物较近。区间隧道上方将穿越雨水管，中压天然气管道，中国移动信号塔以及快速高架桥等众多市政管线及风险。区间穿越地层主要为3-5 细砂、3-6 中砂、3-8 砾砂、3-9圆砾层等，盾构始发约有1/2 断面处于圆砾层。

接收端为地下一层车站，地面覆土非常浅，且接收端地质条件差，一旦出现端头井渗透会造成既有线瘫痪。区间先后经半径800m 曲线段、半径600m 曲线段，而后转直线进入站内。

3 盾构施工地面沉降的控制

3.1 始发阶段施工技术

盾构进出洞施工是地铁施工中较大的风险点，盾构在地质条件复杂的工程中施工易造成地下水淹没隧道，地面坍塌等事故。要想保证盾构进出洞安全，需要时刻注意端头井地基加固的质量及始发接收端进行降水措施，其是控制盾构进出洞安全的关键，加固过程中应该控制好水泥的用量，确保地基加固质量。进出洞前取芯进行检验加固土体强度是否满足要求，深度穿透旋喷桩。

盾构机是直线型钢体，小半径线路掘进不能很好地与设计曲线拟合，盾构机不断进行较大幅度纠偏可能导致管片向曲线外侧偏移，引起管片横向内外喇叭口及纵向较大的错台，管片承受千斤顶推力不均会导致管片破裂。地质条件复杂区间隧道施工中，为确保盾构顺利穿越，在土仓内或刀盘掌子面添加外加剂进行改良土体，保证地层的稳定与土仓内环境。此外，区间沿线下穿越众多建筑物，因此容易出现沉降过大的情况，进而导致建筑物裂缝倒塌。为保护建筑物安全，在推进前详细调查建筑物的建筑结构，埋深及隧道位置关系等。控制盾构上土仓压力控制，推进速度，推进完成后保压情况及每环出土量，必要的时候从地面打孔进行双液注浆[2]。

由于区间沿线穿越多条市政管线，且部分管线靠近隧道，因此在盾构推进施工的时候，比较容易出现沉降大、管线接头断裂等现象，施工前进行管线检查，推进试验段摸索推进参数，重要管线设置深层观测点，加强同步注浆及跟踪注浆，要按照监测情况及时对施工参数进行调整，保证施工效果良好。

3.2 正常段施工技术控制

运至施工现场的盾构管片，保证管片防水面的整洁。管片拼装时把握好衬砌环面的平整度，严格保证纵环向间隙，每环要保证盾尾清洁度，和管片聚氨酯止水条以及遇水膨胀止水条的粘贴质量控制。拼装完成后，要对千斤顶的顶力进行调整，以及管片螺栓复紧情况控制，此外，还需要严格控制好环面平整度与相邻环高差，相邻块管片错台应该要＜4mm。

注浆的目的是减小施工后的变形，浆液设计性能要达到泵送的条件，注浆强度应符合各种规范的要求。可硬性浆液应用广泛，能够很好地维持隧道的稳定。浆液各种材料配比根据施工要求进行进一步调整，参考表1。

表1 浆液的具体配比（单位：kg／m3）

盾构机掘进中派专门人员管理同步注浆，认真仔细记录注浆点的位置，每台盾构机最后一节车架后配备平板车，保证管片在盾构机台车区域内能够顺利完成间歇二次注浆，加密注浆的过程中，要依据现场的施工情况进行。接收阶段为盾构接收前50 环，要想确保出土量、总推力等施工参数具备合理性，可以通过开挖面处土体的上浮量以及穿过后土体的沉降量来进行。

盾构机驶入接收阶段后降低推进速率，达到降低扰动地层的目的。将推进速度维持在15mm/min 左右。在盾构机前进到接收井前200m 的时候，要注意对盾构姿态进行调整到位，这样做的目的是保证盾构能够匀速且均衡地推进。此外还需注意的是，要定时对每环管片的超前量进行检查，密切观察管片与盾构机孔隙，相对区域油压变化，减小盾构掘进对地面的影响。

接收阶段加固区内采用水泥浆进行壁后二次注浆，浆液通过衬砌管片注浆孔进入土层中。依据探测孔情况适时调整注浆。近洞口处最后11 环管片用14 号槽钢连接，防止盾构接收后无推力，导致管片向前或者向下位移导致管片错台，待后浇环梁施工完毕之后，方可将拉紧装置进行拆除。

4 结束语

综上所述，文章结合盾构施工项目实例，研究了盾构法引起的地表沉降规律，盾构始发接收过程中易造成地表沉降，应保证盾构始发接收段端头井地基加固质量，掘进中控制好土压，注浆量，注重渣土改良等。根据地区地质特点合理控制盾构机刀盘与开口率，执行监测指导施工的原则。