1 地鐵盾構施工地面沉降的構成及機理研究
1.1 盾構到達前的前期地表沉降
盾構過(guò)程中，可以發(fā)現地面在盾構機到達前會(huì )發(fā)生不同程度地沉降，這就是前期地表沉降。對于前期地表沉降的產(chǎn)生原理，有兩種說(shuō)法。一說(shuō)法認為這是由施工導致水位變化，水位下降一定程度上增加了有效應力，使得地表在盾構到達前就產(chǎn)生了沉降。另一種說(shuō)法認為隧道開(kāi)挖會(huì )導致土體重分布及應力釋放，這是引起地表沉降的主要原因。隨著(zhù)研究的深入，第二種方法更獲認可。
1.2 盾構施工擾動(dòng)的地表沉降
盾構掌子面到達觀(guān)測點(diǎn)下方直至盾尾通過(guò)觀(guān)測點(diǎn)下方時(shí)段內的地表沉降，并含盾尾空隙引起的沉降量，被稱(chēng)之為盾構施工擾動(dòng)引起的地表沉降。造成該部分沉降的基本原理是開(kāi)挖過(guò)程造成土體擾動(dòng)，破壞原有土體平衡及補壓漿不及時(shí)造成盾尾空隙，從而引起地表沉降。
1.3 后期固結地表沉降
盾構過(guò)斷面后，土體會(huì )固結或者次固結，這也會(huì )引起地表沉降，這種沉降稱(chēng)之為后期固結地表沉降。此階段的沉降會(huì )隨著(zhù)時(shí)間而改變。原理為盾構施工引起地下水位改變，致使土體應力失衡，從而出現沉降來(lái)恢復平衡。后期固結地表沉降約為總沉降的5%~30%，導致后期地表沉降的因素有以下一些：
?。?）施工工藝、地質(zhì)條件以及管理水平土體力學(xué)性質(zhì)以及土體被擾動(dòng)后導致孔隙水壓力改變是產(chǎn)生后期固結地表沉降的根本原因?？紫端畨毫ψ兓目炻c采用的工藝、地質(zhì)條件、管理等因素相關(guān)。地質(zhì)條件和工藝的改變會(huì )導致沉降槽形狀變化和地表沉降值變化。（2）襯砌變形襯砌變形也會(huì )引起后期固結地表沉降，鑒于襯砌的大剛度，可以忽略這部分影響。
2 地鐵盾構施工地面沉降主要影響因素
2.1 環(huán)境因素
最重要的影響因素就是環(huán)境因素。環(huán)境因素主要包含地層變形狀況、巖性地質(zhì)和地下水情況以及土體性質(zhì)。展開(kāi)來(lái)說(shuō)，包含地層空洞、土層變化大、勘察資料不全、土層參數變化(壓縮模量、摩擦角、內黏聚力)等因素。
2.2 施工因素
?。?）盾構掘進(jìn)方面①盾構施工參數設定不合適；推進(jìn)速度、總推力、刀盤(pán)轉速、刀盤(pán)扭矩等對地面沉降的影響很大；②出土量過(guò)大；③盾構過(guò)程中出現超挖、欠挖、糾偏、后退等問(wèn)題；④盾尾密封失效、監控量測反饋信息反饋不及時(shí)等會(huì )導致地面沉降；⑤采取合理措施可以一定程度地預防地面沉降，出現危險情況時(shí)，應采取合理措施來(lái)進(jìn)行彌補；反之，未采取合理措施會(huì )導致地面沉降的加劇。
?。?）管片拼裝方面①管片拼裝不合格。包含橢圓形拼裝，錯臺、破損等情況，這些情況會(huì )導致地面沉降；②管片螺栓未擰緊。管片之間的螺栓未擰緊會(huì )導致接縫張開(kāi)過(guò)大、以及薄弱部位質(zhì)量差等情況的發(fā)生，從而導致地面沉降；③管片相關(guān)構件銹蝕。包含螺栓銹蝕和外側金屬構件銹蝕兩種。
2.3 人員因素
人員是工程建設最重要的要素；人材機法環(huán)五種要素中，人進(jìn)行工程勘察獲取地質(zhì)資料，人掌握機械調度以及機械使用，人決定施工方法，人選取材料并進(jìn)行材料調度；從這里可以看出人員的重要性，當施工人員經(jīng)驗不足時(shí)，進(jìn)而影響后續工作而導致地面沉降的可能性是有的。
3 地鐵盾構工程地面沉降控制
3.1 盾構施工地面沉降監測方法
盾構法隧道施工過(guò)程中頂面沉降監測是最主要的檢測項目，其中監測技術(shù)方法包含以下幾種:液體靜力水準測量方法、分層沉降儀測定法、幾何水準測量方法和側斜儀測定方法。
檢測基準傳感器點(diǎn)的布設原則:布設位置要求距最近盾構掘進(jìn)軸線(xiàn)垂直距離大于25m，采用防日照和干擾的措施，其位置穩定可靠。監測傳感器的布設原則:布設要求建在建筑物較敏感位置，施工擾動(dòng)最大危害位置，橫向沉降槽2/3徑向區間。
3.2 地面沉降的安全控制
地面沉降控制的總原則是，采取各種措施保持隧道周?chē)鷰r土體穩定，防止水土流失，進(jìn)而控制地面沉降。針對不同工程的具體情況，結合地面沉降的不同階段，盾構法隧道施工應采用施工前預防地面沉降的處理措施和施工過(guò)程中的補救加固措施，包括注漿、錨桿、鋼板樁、旋噴樁、攪拌樁加固，采用凍結法施工或素混凝土墻等，對盾構隧道上覆和兩側地層進(jìn)行加固，有效預防和控制盾構法施工引起的地面變形與發(fā)展。盾構法隧道的地面沉降控制，要綜合考慮地表建(構)筑物、地下管線(xiàn)及地層和結構穩定等因素，分別確定其允許的地表沉降值，并取最小值作為控制基準值。具體施工過(guò)程中，可設置預警值、報警值和極限值來(lái)進(jìn)行分級控制。預警值一般為極限值的60%，當地表沉降達到該值時(shí)，應采取必要的控制措施并密切監控沉降的進(jìn)一步發(fā)展;報警值一般為極限值的80%，達到該值時(shí)，要立即采取有效措施和手段對地表沉降進(jìn)行控制;極限值則是地表沉降允許的最大值，超過(guò)該值將導致結構破壞等嚴重工程事故，這在工程中是絕對不允許的。
3.3 施工控制措施
1）在施工現場(chǎng)布設監測網(wǎng)，從橫向、縱向對地面的沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，若發(fā)現有瞬時(shí)變形超過(guò)或都及時(shí)尋找原因及時(shí)解決問(wèn)題。在盾構機經(jīng)過(guò)時(shí)，地表變形只要接近沉降控制的預警值，就必須對盾構機的出土量、速度進(jìn)行調整，找到最佳施工參數。采用國內先進(jìn)計算機監測系統對現場(chǎng)各個(gè)測點(diǎn)信息進(jìn)行匯總比較，及時(shí)反饋沉降信息給盾構司機，對地面的沉降進(jìn)行全面的控制。
2）盾構幵始掘進(jìn)后，同步注獎過(guò)程不均勻，推進(jìn)過(guò)程中有時(shí)注架壓力大，注菜量不足，有時(shí)注裝量少，甚至出現不注聚情況，造成對土體結構的擾動(dòng)破壞，引起地層變形量過(guò)大。施工中首先根據地面變形情況及時(shí)調整注菜量、注楽部位，在沉降大的部位采用補壓梁進(jìn)行控制，同時(shí)更換損壞的盾尾，或采用在盾構機尾部?jì)葔|海綿對盾構機尾部進(jìn)行堵漏。
3）管片拼裝時(shí)，同環(huán)相鄰的管片相互位置容易發(fā)生變動(dòng)，造成縱縫出現前后口八、內外張角、內弧面產(chǎn)生踏步、縱縫過(guò)寬、兩塊管片相對旋轉等質(zhì)量問(wèn)題。施工中在盾構推進(jìn)時(shí)開(kāi)啟騎縫的千斤頂，來(lái)控制環(huán)面平整。在管片脫出盾尾時(shí)，環(huán)向螺栓在進(jìn)行一次復緊，因為管片被周?chē)馏w包裹以后橢圓度會(huì )相對地減小，縱縫壓實(shí)密集程度提高，局部加貼楔子，改善縱縫質(zhì)量保證注裝效果來(lái)減小地面沉降。
3.4 加強人員的控制
在施工期間要將地質(zhì)條件不佳的路段進(jìn)行沉降觀(guān)測并了解具體的地面沉降情況，選擇有經(jīng)驗的人員以及施工單位可以較為精準得出地面沉降的大致規律以及變化的主要趨勢。所以綜合看來(lái)，這種地面沉降的控制方法可行性還是比較高的。同時(shí)需要定期進(jìn)行人員培訓，從而能夠更好的提高人員的專(zhuān)業(yè)水平，確保工程的有效開(kāi)展。
