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摘要：地铁由于价格低廉、车速快，已成为我国居民出行的首选交通工具之一，我国城市为此建设了大量的地铁工程，与地表工程的建设相比，地铁工程的建设难度较高，其在建设过程中常常会用到盾构机，而通用的地铁盾构施工常会带来地表沉降等问题。因此，我国亟需改善地铁盾构施工带来的地表沉降问题，以此减少其对地表建筑物的影响，保障我国居民的生命安全。
关键词：地铁盾构；地表沉降；施工技术
引言
目前我国经济正高速发展，地铁建设是重要建设项目，地铁建设大多采用盾构施工法，但是盾构施工会引起地层的变形、地表沉降等不良影响，地层变形过大则会危及已有设施的正常使用及安全并造成损失。由于盾构参数多样化和复杂多样的地质条件等，对盾构施工引起的地表沉降的研究需要具体实际问题具体分析。
1地铁盾构施工形成沉降的原因
1.1形成土体扰动
地铁盾构机在前进到有地下水的区域时，地下水流原有结构会遭到破坏，地下水的水位因此下降，达不到原来的水平，而原来由其支撑的土体将会发生扰动，进而发生沉降，其不仅阻碍盾构机的前进，而且还可能导致安全事故。此外，盾构机在行驶时会不断接触土体，对土体造成较大压力，使土层松动，在盾构机通过后，土体将会发生沉降。盾构机的推力也是造成土体扰动的重要原因之一，如果盾构机的质量不好或驾驶员的技术不足，在行驶中盾构机的推力就会不断发生变化，导致其对土体的压力不均，土层会发生沉降或隆起，导致土体受到严重的破坏。此外，盾构机的盾尾间隙无法像其他结构一样支撑土层，在盾构机通过时，土层突然失去支持力，开始松动下陷，有的泥土卡在盾构机盾尾间隙，可能会影响盾构机的正常工作，进而影响地铁建设的进度。
1.2造成地层的移动
盾构机的设定土压值对于出土量有很大的影响，设定的内压值越小，地层受到的推力也越小，出土量很大，地层结构受到破坏，会造成地层的移动，致使地表发生沉降。而且由于地面表层存在混凝土路面、柏油路面等，与土体相比较为坚硬，不易变形，当土体受到扰动，发生松动或沉降时，土体和地面表层会出现一个很大的空隙，地层的结构因此改变，开始移动，导致靠近路面的地层结构缺少支撑力，容易发生沉降，不利于保障居民的出行安全。在地铁盾构机工作过程中，例如挤压、超挖、盾尾压浆等因素，都会对隧道附近的地层结构造成影响，导致地层移动，使土层变形，进而导致地层组织疏松，地层所受支撑力不足就会发生地表沉降。此外，由于盾构机自身结构的影响，会导致地层各结构受力不均匀，致使地层结构发生移动，在这样的情况下，地层各结构分布就会更加不均匀，导致地层进一步的损坏。
2盾构施工引起地表沉降的机理
盾构施工致使地层原来的应力平衡状态改变，应力得到释放，从而使得地层发生变形。盾构施工致使地表发生沉降的原因比较繁杂，首先地层条件是其关键影响因素，除此之外与盾构前进时的土压平衡、开挖速度、掘进压力、灌浆压力、注浆量等也有关系。根据大量工程实测数据，盾构施工引起地表变形的过程可以划分为下面几个阶段：①盾构到达之前的先期变形。因为盾构施工时会进行排水，地下水位下降使地层孔隙水压力变化，导致地表变形。②盾构到达时的地表变形。盾构机掘进时在前方工作面施加顶进压力，压力大时土体受到挤压使得地表隆起，压力小时，前面的土体会松动使得地表沉降。③盾构通过时的地表变形。由于盾构施工的干扰，盾构机与土体产生相对位移会使得地层发生损失，同时两面的土体向外移动，地表发生变形。④盾构通过后的地表变形。盾构机通过之后，盾构机和衬砌间存在空隙，没有立即注浆或是注浆量不够，使得地层塌落，导致地表沉降。
3控制地表沉降的措施
3.1控制盾构刀盘的切换
盾构机的刀盘是决定其掘进功能的关键，在使用刀盘时，如果不注意其对山体开削和土体的影响，其就会对地层造成较大的损失，使地表更容易发生沉降。是以，驾驶员在切换盾构刀盘的转动方向时一定要密切关注周围的土体情况，一但出现意外情况，立刻采取措施解决，另外，在切换刀盘转动方向时，要合理控制刀盘的转速，减少刀盘转动对周围土体的扰动，而且在切换方向的过程中要等前一个方向的转速或电机电流变零后，再进行这个方向转速的加载，尽量放慢加载过程，如果加载过程出现突然终止或不动的情况要立刻停止方向的切换，并采取解决方案。由于这个过程中技术难度较高，转速不好控制，施工单位要选择经验丰富的工人来操作，减少盾构机对地表沉降的影响，尽量消除人为因素造成的损失，保障工人的生命安全，加快地铁工程的建设速度。
3.2合理选择盾构掘进模式
选择合理的盾构机掘进方式对减轻地层结构的移动和损失有重要作用，在施工前期，施工单位要结合施工现场的地形，并探测地层结构，根据地层的结构组成选择合适的盾构掘进方式，控制盾构机的掘进速度，减轻盾构机对土体和周围地层的扰动，避免地层损失，从而减少地表沉降，保护地面建筑物和居民的出行安全。盾构机常用的掘进模式有三种，开敞式、半开敞式（气压平衡式）和土压平衡式，不同掘进模式的特点不同，其适用的土质状况也有所区别，开敞式掘进模式适用于子面能够礃长期处于稳定状态的地层结构，因为子面比较稳定，所以其行驶的速度较快，半开礃敞式适用于子面的围岩比较稳定但是有地下水的区域，而土压平衡式常应用于上述礃两种模式不能应用的情况，如子面不稳定、土压大等，对于上述三种模式一定要明礃确其适用范围，结合施工实际，选择合适的掘进模式。
3.3确保同步注浆或及时进行二次补浆
盾构施工过程中，必须进行同步注浆，保证浆液处于饱满状态，所以，必须严格控制注浆压力。如果注浆压力过小，会使浆液的填充速度变缓，出现不能及时填充情况，若存在空隙，极可能使地面的变形量变大；如果注浆压力过大，管片外边的土层会受到扰动，使盾构施工后期出现地表沉降。因此，在施工中必须严格把控注浆压力。通常来说，同步注浆和盾尾有着紧密关系，注浆压力一般要略微＞静止状态时的土压以及水压之和。注浆压力要控制在0.15～0.25MPa，并合理配制浆液，保证浆液在填充至间隙后的6～8h能达到初凝。另外，采取跟踪注浆方法，有效控制盾构施工的后期沉降。后期沉降发展的速度比较慢，但其累计值还是不容忽视，约占总沉降量的50%。后期沉降大多是由于固结沉降导致的，对此，采用跟踪压注固结浆液方法，能有效控制后期沉降。及时进行二次补浆，同步注浆和二次补浆必须到位，保证盾尾管片和地层间隙密实。当管片脱开盾尾大约5环时，有关人员就需注意要开始二次注浆，注浆量大约是同步注浆的30%左右。由于上次注入的浆液凝固，会导致收缩现象发生，进而产生空隙，所以，在该地铁盾构施工过程中要多次且少量补浆的方式进行补浆。二次补浆的时间要根据该地铁盾构施工中地面沉降的具体情况而定。同时还需保证盾构推进的连续性，在最后面的台车上设置补浆车，适当储备浆液，储备量则要控制在7.5m3左右。另外，对该地铁盾构下穿段落通过二次深孔注浆，范围控制在隧道拱顶外3m左右。
结束语
地铁作为一种价格便宜、绿色环保的出行方式，对其的建设势在必行，但其盾构机施工导致的地表沉降问题一直是影响地铁施工进度的重要因素，以此，施工单位要认真分析研究地铁盾构机施工引起地表沉降的原因，并采取措施减少地表沉降现象的出现，加快我国地铁的建设速度，便民出行。
参考文献：
[1]谷拴成，李敏，王兵强.西安地铁盾构施工地表沉降影响因素研究[J].河南理工大学学报（自然科学版），2014，33（04）：527-533.
[2]李敏.黄土地层地铁盾构施工诱发地表沉降预测研究[D].西安科技大学，2014.