喻凯

地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题

研究

摘要：随着时代不断发展，地铁交通已经成为人们出行的重要方式，相比于

传统方式更具有优势，促使人们享受便捷的服务。地铁工程的不断增加促使人们

对其施工的安全性、稳定性以及先进性提出全新的要求，灵活应用当前先进的盾

构法施工，有效的解决地面沉降问题，提升地面建筑结构的安全性，为人们提供

优质的服务。

关键词：地铁隧道；盾构法；地面沉降最有钱的明星

一、盾构法引起的地面沉降原理

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，对

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。

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

二、地铁隧道盾构施工中地面沉降因素的阐述

在地铁隧道施工中，通常都是运用美国科学家所推出的估算方法

对盾构法施工造成的地面沉降效应展开分析。

1.盾构深埋因素的阐述

造成地面沉降的主要影响因素就是盾构深埋，在软土隧道开挖施工中，一般

盾构埋深应该将深度控制在6~10m比较合适。在盾构建设的过程中，相关系数通

过沉降槽的沉降量的计算为0.976。在进行计算时，盾构半径参数一般会选择

3.2m，地层损失常会选择2%，穿越土层的选择往往是粘土层。由计算可以得出，

宽度系数和盾构埋深的深度密切相关，随着深度的增大而增大，地表沉降面积也

不断增大。

2.地层损失率的阐述

经过发散性思维 分析地层损失，发现地面沉降受地层损失率的影响极大。同时有学者指

出，美国科学家提出的理论和公式不适用于地层损失率较大的隧道盾

构施工计算。因此，我们在计算过程中要与工程的实际情况相结合，将地层损失

率设置为1%~5%（取整），将盾构埋深为10m，穿越土层的数值与盾构半径参数

不做改变（同3.1参数设置）。通过对计算结果分析，我们发现地层损失会影响

宽度系数，地层损失率的增加宽度系数会逐渐变小。然而，随着地层损失率的增

加，沉降量会逐渐变快。

3.盾构穿越土层性质

地铁隧道施工中，地下土层有砂土层、砂质粉土以及淤泥质粘性土等分类。

因此在软土层的隧道开挖过程中由于土层性质不同，盾构施工穿越过程中引起的

地面沉降程度也不一致。相对于粘土层而言，在其他地铁隧道盾构施工工艺不变

前提下，砂土层的沉降槽宽度系数相对会小一些，故其沉降量较大。假设地层损

失率设置为2%，盾构埋深设置为10m，盾构半径仍旧选择3.2m，经计算发现地面

沉降结果存在差异。在穿越粘土层时沉降槽宽度系数最大，其次是砂粉土，最后

是砂土层。因此，地面沉降范围依次减小，沉降槽的沉降量依次增大。

4.盾构半径

在不同的地铁隧道施工过程中，盾构半径的选择也是不同的。通常情况下，

单圆和双圆土压平衡盾构半径控制在6~6.5m范围内比较合适，若是在跨江或跨

海的地铁隧道工程中，盾构半径就会要求大一些，一般在7~15m范围。我们假设

单圆盾构、双圆美女的英语 盾构、穿江盾构的半径可设置为3m,4.5m,7.5m，盾构埋深设置为

10m，地层损失率设为2%。经过数值计算分析后发现，地面沉降的面积会随着横

向沉降槽的宽度系数的变化而变化，而宽度卷的词语 系数又和盾构半径息息相关，盾构半

径越大，横向沉降槽的宽度系数也越大，沉降的面积也就随之增大。

三、地面沉降观测方法

1.观测仪器以及观测要求

在地面沉降观测中，主要使用的仪器有精密水准仪、钢卷尺以及铟钢水准尺。

线路沿线以及建筑物的地表沉降的数值与国家规定的误差要控制在2mm左右，相

邻点高度误差控制在1mm左右。

2.沉降观测频率

在盾构过程中，沉降观测频率可以达到对地面沉降的有效控制，因此合理设

置沉降观测频率十分必要。通常情袜子用英语怎么说 况下，在对盾构机头进行观测时，最好分别在

早上和晚上在盾构机前面10～20m的区间进行观测。同时，要根据隧道盾构施工

的进行度每天适当的增加沉降观测次数，直到确保地铁隧道施工现场周围的土层

处于稳定状医生的职责和使命 态为止。除此之外，一旦监测发现地面沉降或者是地面隆起超过施工

标准时，再或是发现地面土层存在异常松动时，必须要实时地增加沉降监测范围

以及监测频率，避免施工故障发生。

3.沉降观测点的布设

一般情况下，沿隧道中线上方的地面布设点距离需要控制在5m，并隔四个布

设点设置一个检测横断面，每个断面上要设置5个观测点。在隧道的中线上设置

一个点，然后在其左右隔5m设置一个点。在软土层或者埋深较浅的区域需要根

据隧道的埋深深度以及围岩地质的条件对监测点和断面进行加密。如果隧道上方

的路面为混凝土，在沉降观测点的布设中主要采用两种方式。①混凝土路面观测

点布置，在路面部分沿着中线每隔20m布设一个观测断面，观测点要布设在路面

上，从而测量路面的沉降量；②路面以下土层观测点布设，为了能够有效的防止

路面硬壳层的沉降测量误差，造成路面虚空，需要通过混凝土路面在地层中打短

钢筋的方式来布设观测点，从而实现对地层沉降的监测。

四、治理措施

1.微扰动双液注浆法

对于治理隧道沉降，经过科研工作者的努力，总结出了微扰动双液注浆工艺。

微扰动双液注浆法是根据隧道的预测曲线进行分区分阶段的注浆措施，在隧道纵

向注浆实施少量多次的注浆，从而实现隧道抬升和稳固地层的作用。

2.采用聚氨酯和环氧树脂材料堵漏

隧道接缝处的渗漏主要为接缝处渗水，隧道壁后注入聚氨酯材料，聚氨酯遇

水发泡，在隧道外壁形成一层隔水膜，阻止水流通过接缝进入隧道。当隧道渗漏

过于严重或堵漏效果不明显时，可在隧道接缝处进行隔断密封注浆。在隧道封顶

块，宜采用刚性环氧树脂材料，在封顶块以下，宜采用弹性环氧树脂材料。

3.加固措施

隧道结构产生裂缝或混凝土破碎时，要采取一定的加固措施。加固分为地层

加固和隧道结构加固。通过洞内注浆加固和地面注浆加固能够稳固隧道结构周边

的地层，为下一步的钢板加固创造条件。洞内加固主要有张贴芳纶布加固和钢板

环加固。芳纶布断裂强度极高，在洞内裂缝较大部位，采用刚性材料张贴，能够

阻止裂缝进一步发展，随后在盾构环内采用钢板加固，增强已变形隧道的承载能

力，能够起到很好的效果。

结语

盾构法在地铁隧道施工中的应用比较广泛，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。

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