盾构法在地铁施工中地表沉降的要素

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1、盾构法在地铁施工中地表沉降的要素隧道盾构法施工和其他方法一样容易产生地面沉降，在人口密集、街道狭窄的市区该矛盾尤为突出。文章主要结合多年的地铁隧道盾构施工实践，针对地铁项目地面沉降原因进行了分析，并提出了相应的解决措施，旨在为开挖地铁隧道时提供了有效的参考价值。关键词：地铁；浅埋暗挖法；盾构法；地表沉降目前，国内很多大型城市都开始兴建或改扩建地下铁路系统。与此同时，涌现出大量相关方面地下工程技术问题急需解决。尤其是城市地下工程施工引起的地表沉降可能危及周边建(构)筑物和地下管线等的安全，造成严重的经济损失和社会影响。对于城市

2、地铁，施工区间隧道一般都会穿越城市中心地带，因建筑物密集、施工场地狭小、地质情况复杂、地下管X密布、交通繁忙、施工条件受到限制等，而对环境的控制要求更为严格。1.引起地铁施工中地面沉降的要素　　在进行盾构施工时,必须了解地层移动的规律，尽可能准确地预测沉降量、沉降范围、沉降曲线最大坡度及最小曲率半径和对附近建筑设施的影响，并分析影响沉降的各种因素，以求施工中减少地层移动。经分析研究认为，引起地面沉降的基本原因是盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动。1.1地层损失　　地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积和竣工隧道体积之差

3、，竣工隧道体积包括隧道外围包裹的压入浆体体积。地层损失率以占盾构理论排土体积的百分比表示。圆形盾构理论排土体积为r2L(r为盾构外径，L为推进长度)，周围土体在弥补地层损失中发生地层移动引起地面沉降，引起地层损失的主要因素是：　　(1)当盾构掘进时，开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向应力，则开挖面土体向盾构内移动，引起地层损失而导致盾构上方地面沉降；当盾构推进时如作用在正面土体的推应力大于原始侧向应力，则正面土体向上向前移动，引起地层损失而导致盾构前上方土隆起。　　(2)在盾构暂停推进时，由于盾构推进千斤顶漏油回缩，可

4、能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。　　(3)由于向盾尾后面、隧道外围建筑空隙中压浆不及时，压浆量不足，压力不适当，使盾尾后坑道周边土体失去原始三维平衡状态，而向盾尾空隙中移动，引起地层损失，在含水不稳定地层中这往往是引起地层损失的主要因素。　　(4)盾构在曲线中推进、纠偏抬头或叩头推进，实际开挖断面不是圆形而是椭圆，因此易引起地层损失。盾构轴线与隧道轴线的偏角越大则对土体扰动超挖程度及引起的地层损失也越大。　　(5)随着盾构推进而移动的盾构正面障碍物，使地层在盾构通过后产生空隙而又无法及时压浆填充；盾壳移

5、动对地层的摩擦和剪切；在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形均会造成地层损失。1.2受扰动土体的固结再沉降　　由于盾构推进中的挤压作用和盾尾压浆作用等因素，使周围地层形成正值的超孔隙水压区，其超空隙水压在盾构隧道施工后的一段时间内消散复原，在此过程中地层发生排水固结变形，引起地面沉降，地层因孔隙水压力变化而产生地面沉降。　　土体受到扰动后土体骨架还会发生长时间的持续压缩变形，在此土体蠕变过程中产生的地面沉降为次固结沉降。在孔隙比和灵敏度较大的软塑和流塑性土层中，次固结沉降往往要持续几年以上，所占总沉降量的比例可高达35%以上。2

6、.地表沉降的表现形式　　目前较为常见的是把沉降划分为4个阶段，如果在施工时能够选择合适的盾构形式，进行合理的掘进管理，各个阶段的变形均可以控制在最小限度内。2.1先期沉降　　在盾构尚未到达某区域时发生的沉降，对于砂质土，可能是由于其含水率较大，在盾构掘进时造成地下水位下降而引起的。对于软黏性土，则沉降可能是由于开挖面过量取土而引起的。2.2开挖面前方沉降　　在开挖面即将到达之前发生的沉降，表现为地表下沉或隆起，主要是由于盾构对开挖面土层压力过大或过小致使开挖面失去平衡而引起的，所以在实际中一定要让保持在合理的区域内。2.3盾

7、构通过时引起的沉降　　这个阶段是从盾构到达开挖面正下方直至盾尾即将脱离该点为止发生的沉降或隆起，产生的原因主要是盾壳对土体的摩擦力破坏了土体的结构强度，另外也与每环土的排量、盾构机的推进姿态有关。2.4盾尾脱离时引起的沉降　　本阶段是自盾尾间隙形成至注浆结束那段时间内发生的沉降，管片从盾尾脱离之前，盾壳对土体有约束力，方向指向土体，一旦盾尾脱离，盾壳与土体之间产生空隙，如果在盾尾脱离后未能够及时注浆或者注浆量不饱满，则空洞断面就会向内缩小，引起应力释放，使地面产生沉降。3.实例工程分析3.1工程概况　　深圳市地铁1号线为深圳

8、市东西向交通大动脉，它贯穿深圳市城市东西向发展主轴，衔接深圳市罗湖、福田、南山及宝安四区，均为地下线路。其中，华侨城站~世界之窗站区间采用盾构法施工，隧道结构采用钢筋混凝土单层管片衬砌。3.2工程地质　　工程地质条件：拟建场地地形基本平坦，结构主要位于粉质黏土和粉土层中。3.3盾构机选型