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【摘 要】 盾构施工法给我们当今的交通发展提供了一种更为便捷的方法，但因此也引起了地面沉降等诸多问题，由此研究盾构施工引起地面沉降的原因及其控制措施在当今就变得十分必要。本文就先介绍了盾构法的原理及使用盾构施工的目的，接着再介绍了盾构施工引起地面沉降的原因，并针对沉降原因和地层变形的规律进行了详细的分析，最后介绍了几种盾构施工引起地面沉降的控制措施。
【关键词】 盾构施工；地面沉降；地形规律；控制措施
一、盾构法及其工作原理
随着我国经济技术的快速发展，城市道路交通也在随之加快了发展建设，而在地下建设时，我们用的是盾构法进行隧道施工。与此同时，我们也要注意外围的施工环境，包括地形、水土、天气状况等。这就要求首先得了解盾构及其方法的原理以及其优缺点。
盾构既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构法（Shield Method）是暗挖法施工中的一种全机械化施工方。其工作原理：是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
盾构法隧道的横向的最大沉降量较小，从纵向看，一是在盾构掘进面的前方可能产生地表隆起，二是施工时，除土体损失引起的沉降外，还存在盾尾空隙导致的沉降。
盾构法具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小、开挖和衬砌安全掘进速度快、推进出土拼装衬砌等全过程可实现自动化作业、施工劳动强度低不影響地面交通与设施等特点，适合在软土地基段施工。但同时也有很多问题，在施工时有时候不可避免地会对周围土体产生扰动，从而引起土体移动，地下管线被破坏，产生错位、桩基偏移等。严重的话可能会导致楼房等高层建筑倾斜，甚至裂缝、坍塌，给城市人民的生活交通运输、工程生产带来了很大的影响，更严重甚至造成安全事故，出现人员伤亡。为了能充分利用盾构施工的优点，扬长避短，我们应该将着重点放在引起地面沉降的原因与机理的分析上，在盾构施工过程中对地层移动进行多次认真的分析，并且在掌握地层变形的规律基础上，最大限度的减小地面沉降，提出合理的控制措施。
二、沉降的原因与机理
1、开挖时的水土压力不平衡
由于存在推进量和排土量不等的原因，土压平衡式盾构或泥水加压式盾构在开挖面，三种压力：水压力、土压力与压力舱压力产生不平衡，从而导致开挖面失去平衡状态进而导致地基发生变形。
2、推进时围岩的扰动
由于围岩会和盾构的壳板发生摩擦、同时围岩也存在一定的扰动，所以在盾构推进时，这些都会引起地基下沉。引起围岩松动的一个很重要的原因就是超挖，它是在曲线推进和蛇行修正时所造成的。
3、产生盾尾空隙及壁后注浆的不充分
由于产生盾尾空隙，导致盾壳支承的围岩向着盾尾空隙变形，从而产生地基下沉。这是弹塑性变形，是由应力释放引起的。同时影响地基下沉的大小的原因很多，包括壁后注浆材料材质、注入时间、位置、压力数量等。另外如果在黏性土地基中，注入壁后的夜浆压力太大，会造成临时性的基隆起。
4、一次衬砌的变形及变位
由于接头螺栓紧固不足，会导致管片环容易变形。而引起衬砌变形或变位进而使地基下沉增大的因素有：盾尾空隙的实际量增大，管片从盾尾脱出后外压不均等。
5、地下水位下降
地下水位下降是由于开挖面的涌水或一次衬砌产生漏水，从而导致地基下沉，皆因地基的有效应力增加而引起固结沉降所造成的这一现象。
三、地形变形规律
1、地基变形
地基变形分为纵向和横向两个方向。
纵向的沉降
1）在盾构机到达前先产生先期沉降，有两种：砂质土先期沉降和极软弱黏土先期沉降，前者是由地下水位下降引起的，后者是由于开挖面的过量取土而造成的。
2）在盾构开挖面即将到达之前发生的下沉或隆起就是开挖面前部下沉隆起。造成这一现象的原因是其开挖面的水土压力不平衡。
3）盾构通过时发生的下沉或隆起，是指因为盾构外围面和围岩发生摩擦或超挖，其发生很重要的原因就是围岩的扰动。
4）造成盾尾发生的下沉或隆起的原因很多：盾尾空隙的产生，应力释放、壁后注入液浆压力太大。盾尾空隙下沉是地基下沉的常见类型。
5）在软弱黏土中经常出现的现象是后续下沉，它的发生主要是因为盾构推进引起整个地基松弛或扰动，可持续到盾构通过后的3、4个月。
横向的沉降
由盾构的推进引起的横断面方向的最终地基下沉，一般都是以隧道为中心呈单向横坡形式分布，形状近似于倒立的标准概率曲线。
2、地层变形大小
引起地基下沉量的大小的因素有好几种，有传递状况、地基条件、施工情况和覆土比（覆土厚度与盾构直径比）等。洪积性地基和冲积性砂土时，地中下沉在传递到地表的过程中会减少，而冲积性黏性土正相反，盾构通过后，下沉还长时间继续达几个月，即使覆土比大最终地表下沉与地中下沉一样。
四、控制地层变形措施
1、地基变形预测与监测
为了能很好地减少地基的变形，盾构推进前，首先得进行预测，方法是依据过去的实际和有限单元法等，根据预测结果再设定管理基准值，与此同时在推进时需要设定监测点，地点在隧道中心向上的部分及其两侧的范围内，当地表沉降监测显示沉降量过大时，需要暂时停止出土，建立土压平衡，加大同步注浆或进行二次注浆，同时要进行水准测量，并调整施工及其参数依据监测的结果，总结这次的经验以方便后面的施工需求。总之，施工时地层的变化是导致盾构法施工地基变形的主要原因。加之地基的变形产生是一个过程性的，因此只要及时补偿地层的损失就可达到控制地层的损失的目的。 2、开挖过程中水土压力不均衡防治措施
土压平衡式盾构和泥水加压式盾构的控制措施有所不同，前者可通过调整推进速度、螺旋式排土器的转速、另外可根据需要注入适当的添加剂来增加开挖土的塑性流动性，从而使压力舱内不产生空隙；后者则是根据围岩的透水性来调整泥浆性状，并进行泥浆管理，使压力舱压力始终对应于开挖面的水土压力。
另外通过控制出土量、土舱压力可达到控制开挖面前部下沉或隆起目的。对总的沉隆控制很有意义，也可根据实际研究需要采用辅助施工方法，在保证开挖面稳定管理的同时也保证围岩的稳定。
3、推进中围岩扰动防治措施
在施工中，尽量不扰动围岩，目的都是为了减少推进中盾构与围岩之间的摩擦，所以盾构姿态必须得控制好，以防发生盾构偏转、横向偏移，同时减少超挖量，在盾构姿态发生偏差时，应仔细检查并纠正。
4、盾尾空隙下沉与壁后注浆引起的地基隆起防治措施
盾构法施工产生沉隆的一个很重要的原因就是盾尾空隙下沉、壁后注浆引起的地基隆起，所以必须对其严格控制。根据围岩状态来选择渗透性好、固结强度大的壁后注浆材料，并尽量与盾构推进，同时进行壁后注浆，即采用同步注浆，推进过程中及时进行足量注浆，保证注浆的数量和质量就能有效地控制沉降，另外还应根据需要进行二次注浆控制下沉降低。
5、一次衬砌变形防治措施
为确保管片组装精度，需使用形状保持装置如保圆器、对接头要做到充分紧固、螺栓要两次紧固，其目的是都可防止管片环变形。
6、地下水位下降防治措施
为了防止从管片接头壁后注浆孔等处漏水，必须仔细进行管片的组装及防水作业，做好连接螺栓的紧固工作，施工过程中，盾构机的螺旋输送器盾尾密封刷等，必須保持良好的密封性能，防止失效漏水，对完成施工的隧道渗漏水，必须及时采取措施进行堵漏。盾构法施工的不同阶段会有不同的工况，必须有针对性地采取措施把沉降控制在最小限度以内。
五、结束语
文章通过在了解盾构法的概念、原理、优缺点的基础上，对地面施工的沉降原因从几方面做了详尽介绍，接着介绍了地形的变化规律，使对地面沉降有了更深层次的理解，最后提出了对地面沉降的控制措施。这些都对后续的道路施工有非常重要的意义，也能加速我国经济技术的更快更好的发展。
参考文献：
1、邓温妮，黄茂松.盾构隧道施工引起地面沉降的分析方法[J].湖南大学学报，2008（11）.
2、黄宏伟.隧道及地下工程建设中的风险管理研究进展[J]，地下空间与工程学报，2006，（1）：13-20.
3、罗石宝.浅谈盾构隧道施工质量控制[J]，工程科技，2007（2）：25-30.
【关键词】 盾构施工；地面沉降；地形规律；控制措施
一、盾构法及其工作原理
随着我国经济技术的快速发展，城市道路交通也在随之加快了发展建设，而在地下建设时，我们用的是盾构法进行隧道施工。与此同时，我们也要注意外围的施工环境，包括地形、水土、天气状况等。这就要求首先得了解盾构及其方法的原理以及其优缺点。
盾构既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构法（Shield Method）是暗挖法施工中的一种全机械化施工方。其工作原理：是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。
盾构法隧道的横向的最大沉降量较小，从纵向看，一是在盾构掘进面的前方可能产生地表隆起，二是施工时，除土体损失引起的沉降外，还存在盾尾空隙导致的沉降。
盾构法具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小、开挖和衬砌安全掘进速度快、推进出土拼装衬砌等全过程可实现自动化作业、施工劳动强度低不影響地面交通与设施等特点，适合在软土地基段施工。但同时也有很多问题，在施工时有时候不可避免地会对周围土体产生扰动，从而引起土体移动，地下管线被破坏，产生错位、桩基偏移等。严重的话可能会导致楼房等高层建筑倾斜，甚至裂缝、坍塌，给城市人民的生活交通运输、工程生产带来了很大的影响，更严重甚至造成安全事故，出现人员伤亡。为了能充分利用盾构施工的优点，扬长避短，我们应该将着重点放在引起地面沉降的原因与机理的分析上，在盾构施工过程中对地层移动进行多次认真的分析，并且在掌握地层变形的规律基础上，最大限度的减小地面沉降，提出合理的控制措施。
二、沉降的原因与机理
1、开挖时的水土压力不平衡
由于存在推进量和排土量不等的原因，土压平衡式盾构或泥水加压式盾构在开挖面，三种压力：水压力、土压力与压力舱压力产生不平衡，从而导致开挖面失去平衡状态进而导致地基发生变形。
2、推进时围岩的扰动
由于围岩会和盾构的壳板发生摩擦、同时围岩也存在一定的扰动，所以在盾构推进时，这些都会引起地基下沉。引起围岩松动的一个很重要的原因就是超挖，它是在曲线推进和蛇行修正时所造成的。
3、产生盾尾空隙及壁后注浆的不充分
由于产生盾尾空隙，导致盾壳支承的围岩向着盾尾空隙变形，从而产生地基下沉。这是弹塑性变形，是由应力释放引起的。同时影响地基下沉的大小的原因很多，包括壁后注浆材料材质、注入时间、位置、压力数量等。另外如果在黏性土地基中，注入壁后的夜浆压力太大，会造成临时性的基隆起。
4、一次衬砌的变形及变位
由于接头螺栓紧固不足，会导致管片环容易变形。而引起衬砌变形或变位进而使地基下沉增大的因素有：盾尾空隙的实际量增大，管片从盾尾脱出后外压不均等。
5、地下水位下降
地下水位下降是由于开挖面的涌水或一次衬砌产生漏水，从而导致地基下沉，皆因地基的有效应力增加而引起固结沉降所造成的这一现象。
三、地形变形规律
1、地基变形
地基变形分为纵向和横向两个方向。
纵向的沉降
1）在盾构机到达前先产生先期沉降，有两种：砂质土先期沉降和极软弱黏土先期沉降，前者是由地下水位下降引起的，后者是由于开挖面的过量取土而造成的。
2）在盾构开挖面即将到达之前发生的下沉或隆起就是开挖面前部下沉隆起。造成这一现象的原因是其开挖面的水土压力不平衡。
3）盾构通过时发生的下沉或隆起，是指因为盾构外围面和围岩发生摩擦或超挖，其发生很重要的原因就是围岩的扰动。
4）造成盾尾发生的下沉或隆起的原因很多：盾尾空隙的产生，应力释放、壁后注入液浆压力太大。盾尾空隙下沉是地基下沉的常见类型。
5）在软弱黏土中经常出现的现象是后续下沉，它的发生主要是因为盾构推进引起整个地基松弛或扰动，可持续到盾构通过后的3、4个月。
横向的沉降
由盾构的推进引起的横断面方向的最终地基下沉，一般都是以隧道为中心呈单向横坡形式分布，形状近似于倒立的标准概率曲线。
2、地层变形大小
引起地基下沉量的大小的因素有好几种，有传递状况、地基条件、施工情况和覆土比（覆土厚度与盾构直径比）等。洪积性地基和冲积性砂土时，地中下沉在传递到地表的过程中会减少，而冲积性黏性土正相反，盾构通过后，下沉还长时间继续达几个月，即使覆土比大最终地表下沉与地中下沉一样。
四、控制地层变形措施
1、地基变形预测与监测
为了能很好地减少地基的变形，盾构推进前，首先得进行预测，方法是依据过去的实际和有限单元法等，根据预测结果再设定管理基准值，与此同时在推进时需要设定监测点，地点在隧道中心向上的部分及其两侧的范围内，当地表沉降监测显示沉降量过大时，需要暂时停止出土，建立土压平衡，加大同步注浆或进行二次注浆，同时要进行水准测量，并调整施工及其参数依据监测的结果，总结这次的经验以方便后面的施工需求。总之，施工时地层的变化是导致盾构法施工地基变形的主要原因。加之地基的变形产生是一个过程性的，因此只要及时补偿地层的损失就可达到控制地层的损失的目的。 2、开挖过程中水土压力不均衡防治措施
土压平衡式盾构和泥水加压式盾构的控制措施有所不同，前者可通过调整推进速度、螺旋式排土器的转速、另外可根据需要注入适当的添加剂来增加开挖土的塑性流动性，从而使压力舱内不产生空隙；后者则是根据围岩的透水性来调整泥浆性状，并进行泥浆管理，使压力舱压力始终对应于开挖面的水土压力。
另外通过控制出土量、土舱压力可达到控制开挖面前部下沉或隆起目的。对总的沉隆控制很有意义，也可根据实际研究需要采用辅助施工方法，在保证开挖面稳定管理的同时也保证围岩的稳定。
3、推进中围岩扰动防治措施
在施工中，尽量不扰动围岩，目的都是为了减少推进中盾构与围岩之间的摩擦，所以盾构姿态必须得控制好，以防发生盾构偏转、横向偏移，同时减少超挖量，在盾构姿态发生偏差时，应仔细检查并纠正。
4、盾尾空隙下沉与壁后注浆引起的地基隆起防治措施
盾构法施工产生沉隆的一个很重要的原因就是盾尾空隙下沉、壁后注浆引起的地基隆起，所以必须对其严格控制。根据围岩状态来选择渗透性好、固结强度大的壁后注浆材料，并尽量与盾构推进，同时进行壁后注浆，即采用同步注浆，推进过程中及时进行足量注浆，保证注浆的数量和质量就能有效地控制沉降，另外还应根据需要进行二次注浆控制下沉降低。
5、一次衬砌变形防治措施
为确保管片组装精度，需使用形状保持装置如保圆器、对接头要做到充分紧固、螺栓要两次紧固，其目的是都可防止管片环变形。
6、地下水位下降防治措施
为了防止从管片接头壁后注浆孔等处漏水，必须仔细进行管片的组装及防水作业，做好连接螺栓的紧固工作，施工过程中，盾构机的螺旋输送器盾尾密封刷等，必須保持良好的密封性能，防止失效漏水，对完成施工的隧道渗漏水，必须及时采取措施进行堵漏。盾构法施工的不同阶段会有不同的工况，必须有针对性地采取措施把沉降控制在最小限度以内。
五、结束语
文章通过在了解盾构法的概念、原理、优缺点的基础上，对地面施工的沉降原因从几方面做了详尽介绍，接着介绍了地形的变化规律，使对地面沉降有了更深层次的理解，最后提出了对地面沉降的控制措施。这些都对后续的道路施工有非常重要的意义，也能加速我国经济技术的更快更好的发展。
参考文献：
1、邓温妮，黄茂松.盾构隧道施工引起地面沉降的分析方法[J].湖南大学学报，2008（11）.
2、黄宏伟.隧道及地下工程建设中的风险管理研究进展[J]，地下空间与工程学报，2006，（1）：13-20.
3、罗石宝.浅谈盾构隧道施工质量控制[J]，工程科技，2007（2）：25-30.