城市地铁盾构施工地表沉降计算方法研究

《地下铁道》7.9 盾构施工引起的地表沉降和隆起隧道与地下工程系7.9 盾构施工引起的地表沉降和隆起◆例如：南京地铁1号线某标在富水粉细砂地层盾构始发时出现两次流沙现象, 地面下陷1.5m。

管线破坏房屋倒塌◆盾构施工引起的地层损失和隧道周围受扰动土体的固结沉降是引起地表沉降的主要原因。

1.地层损失(1)定义：◆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(包括在隧道外围压注的浆体)之差。

◆地层损失率以占盾构理论排土体积的百分比V l (%)来表示。

则单位长度地层损失为 ◆隧道周围的土体在弥补地层损失的过程中，发生地层移动，引起地面沉降。

200(%) r V V l π⨯=◆第二类：属于不正常的地层损失，是一种由人为因素而引起的本来可以避免的地层损失。

◆第三类：属于灾害性的地层损失，盾构开挖面发生土体急剧流动或暴发性的崩坍，引起灾害性的地面沉降。

1.地层损失(3)引起地层损失的主要因素②盾构后退●在盾构暂停推进中，由于盾构推进千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。

③土体挤入盾尾空隙●当盾尾离开衬砌时，在衬砌上方形成所谓的“建筑空隙”，由于向建筑空隙中压浆不及时，压浆量不足，压浆压力不适当，使得盾尾后的隧道周边土体失去原始三维平衡状态，而向这一建筑空隙中移动，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。

2.受扰动土体的固结沉降固结沉降分为：主固结沉降和次固结沉降两种。

(1)主固结沉降◆盾构推进中的挤压作用和盾尾的注浆作用会使隧道周围的地层中形成超孔隙水压力，这种压力在盾构施工后的一段时间内就会消失，在此过程中地层发生排水固结变形，引起地表沉降，这种因孔隙水压力变化而产生的沉降，称为主固结沉降。

(2)次固结沉降◆土体受到扰动后，土体骨架还会继续发生压缩变形，这是一种蠕变，在这种变形过程中产生的地面沉降称为次固结沉降。

它的持续时间比较长，长的可持续几年以上。

地铁盾构下穿建筑物群地层沉降控制技术研究发布时间：2022-07-21T03:27:00.603Z 来源：《工程建设标准化》2022年5期3月作者：王大鹏[导读] 地铁施工中，采用盾构法下穿建筑物群时，需对地层沉降进行严格把控。

王大鹏南京地铁建设有限责任公司江苏南京 210000摘要：地铁施工中，采用盾构法下穿建筑物群时，需对地层沉降进行严格把控。

本文结合实际工程案例，对盾构下穿建筑物群地层沉降控制技术展开详细的分析，并探索了参数控制、姿态控制、前期沉降、掘进过程沉降、盾尾注浆及其他控制措施，以不断提高盾构施工沉降控制技术水平。

关键词：盾构；地层沉降；参数控制前言：地下工程建设施工中，经常会受到地下环境和土层等影响，出现地层沉降现象，给周边及下穿建筑物稳定性和可靠性带来安全隐患。

对此，采用盾构法下穿建筑物群开展地铁建设施工时，必须对地层沉降进行控制。

1工程概况本文以某地铁DS6号线某区段盾构下穿建筑物群为例，对盾构施工地层沉降控制技术进行分析和研究。

这一施工段左线全长1779.1米，右线全长1773.9米，两条线路之间距离为13～23米，通过盾构法进行地铁施工，地铁中某一区段下穿一住宅小区，该住宅小区为4层楼房，房屋采用水泥土搅拌桩复合地基，地基与隧道顶端的最小竖向距离为0.08米。

2盾构下穿建筑物群地层沉降控制技术结合本工程实际情况进行分析，在进行盾构施工过程中存在的主要风险包括工程地质风险、房屋下穿位置风险、刀盘对房屋基础的侵入风险等。

结合不同风险情况，本文从参数、姿态以及各阶段沉降情况对地层沉降控制技术进行探讨。

2.1掘进参数控制掘进施工过程中，土压是影响地层沉降的主要参数。

若土压过大可能会引起地表隆起，若土压过小则会导致地表沉降。

因此，掘进参数的控制主要是对土压的计算和控制。

施工过程中，影响土压的主要因素为刀盘前的土体压力，在进行参数控制时，通常以刀盘中心位置的土压为准进行计算，计算公式为：P1 = k0 × γ × h （1）式（1）中：P1为土仓内的土体压力；k0为侧压力系数，取值 0.46；γ 为土的容重，取值 18.4kN/m3；h 为刀盘中心埋深。

地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题及处治措施摘要：地铁工程是现代化城市交通体系建设中最为重要的一部分，地铁不仅能够有效促进城市交通运输效率的提升，同时还有助于开发利用城市地下空间，为城市发展建设创造更多效益。

在地铁施工中，盾构法作为最主要的施工方式，能够有效促进工程质量、进度的提升，但是在具体盾构施工中也存在着一定的问题，其中最为显著的就是因盾构施工所引起的地面沉降。

因此，文章就对盾构施工地面沉降的原理、影响因素进行了分析研究，并进一步探究了地面沉降观测和防治的措施，以期为地铁隧道盾构施工提供参考和借鉴。

关键词：地铁隧道、盾构法、地面沉降、处置措施引言地铁交通在现阶段城市交通中发挥着极其重要的作用，并且随着城市规模的扩大，地铁工程数量不断增多，盾构施工技术，由于其安全性和先进性，在当下地铁隧道施工中得到了广泛应用[1]。

然而地铁施工多在城市中心区域附近，施工区域内会存在大量构筑物和管线，在盾构开挖过程中必然会对地层产生扰动，易引起地表沉降。

并且随着盾构施工的深入，沉降问题会进一步加重，这就会对地面建筑的安全稳定造成严重威胁。

所以，做好对并购施工中地面沉降问题的研究和防治对于地铁交通建设有着非常重要的意义和作用。

1盾构法引起的地面沉降原理在地铁隧道开挖施工中，由于需要破坏地下结构，就会导致地层扰动并造成地面沉降。

尤其在软土隧道施工中，因为地层损失、施工环境干扰等方面的影响，都会造成地面沉降，如图1就为软土隧道是地面横向沉降槽的示意图。

图1地面横向沉降槽示意图1.1隧道开挖使得地层损失滴虫损失指的是在盾构开挖过程中，开挖体积与隧道具体体积的体积差，而隧道竣工体积则包含了施工中外围包裹压入浆的体积。

在具体弥补地层施工中，如果发生地层异动，必然会导致沉降问题的出现，其最主要影响因素如下：①开挖土体移动较为严重。

在盾构施工中，开挖面的土体如果原始侧向力大于水平，支护所能提供的作用力，开挖面土体就会沿支护面向上、向前移动，进而致使地层损失，最终导致土体隆起；②盾构后退。

地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析摘要：随着我国地铁建设的不断发展，在地下工程施工中人们越来越重视盾构掘进法开挖隧道引起的地表沉降对地面建筑物的影响,而这个问题的关键是要对地表沉降进行预估。

本文论述了peck横向沉降槽经验公式，并与相关工程相结合深入探讨了盾构掘进法施工隧道对地表沉降影响，并提出相关建议。

关键词：盾构法施工、地表沉降、分析中图分类号：tf351文献标识码： a 文章编号：一、前言现阶段，盾构法施工已成为国内城市地铁隧道施工中一种重要的施工方法。

和其他施工方法一样，由盾构法施工导致的地表沉降及对周围环境产的影响是盾构法施工的一个重要问题。

目前国内外专家学者对隧道施工引起地表沉降的预测方法主要有：经验公式法、模型试验法、数值分析法、理论预测法等。

在实际工程中主要是以建立在实测数据基础上的经验公式法为主，但是这种方法大都局限于预测地表面处的位移，在指导施工中具有很大的局限性。

而数值模拟法能动态反应盾构推进过程中土层中各点变形随时间的变化情况，而且可以对影响地表的许多因素进行直观的分析。

二、peck横向沉降槽经验公式沉降计算中最经典、常用的公式是peck公式。

peck认为,不排水情况下隧道开挖所形成的地表沉降槽的体积应等于地层损失的体积；地层损失在整个隧道长度上均匀分布,隧道施工产生的地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线(如下图1)。

横向地表沉降的预估公式以及最大沉降量的计算公式为：式中:s(x)为距隧道中心轴线为x处的地面沉降,m； i 为地表沉降槽宽度,即曲率反弯点与中心的距离,m；smax为隧道轴线上方地表最大沉降量,m；vl为盾构隧道单位长度的地层损失量,m3/ m。

图 1地表横向沉降分布曲线反弯点i处的沉降量s≈0.61smax,最大曲率半径点的沉降量s ≈0.22smax。

沉陷槽断面积a≈。

想要预测地面沉降量,必须先估计出地层损失量。

在工程实践中,地层损失量与盾构种类、操作方法、地层条件、地面环境、施工管理等因素有关,一般难以正确估计。

复合地层中盾构法建设地铁地表沉降规律研究1. 本文概述本研究针对城市复杂地质条件下地铁隧道施工过程中采用盾构法穿越复合地层时地表沉降问题，旨在深入探讨并揭示此类工况下的地表沉降机理与规律。

论文首先回顾了国内外关于盾构施工引起地表沉降的研究进展，总结了现有理论方法和工程实践中的关键技术措施，并指出了复合地层特性对地表沉降控制的重要性。

在此基础上，本文通过翔实的现场监测数据收集、理论分析与数值模拟相结合的方法，系统研究了盾构掘进过程中的土体应力重分布、地层变形以及地表沉降的发展演变规律。

本文还将探究盾构施工参数（如推进速度、刀盘推力、注浆压力等）与地表沉降之间的内在联系，构建适合于复合地层条件下的地表沉降预测模型，并提出针对性的地表沉降控制策略与优化建议，力求为类似工程项目的科学决策与安全施工提供理论指导和技术支撑。

2. 复合地层特性及其对盾构施工的影响复合地层通常指由多种地质单元交错分布或相互叠加形成的复杂地质环境，这种地层组合了如黏土、砂土、砾石、岩石以及人工填土等多种土壤类型，甚至可能包含含水层和不透水层的交替出现。

在地铁盾构施工中，复合地层的特性对盾构掘进过程及其引发的地表沉降有显著影响。

复合地层的力学性质差异大，各层之间的摩擦系数、强度、压缩性和渗透性等参数各异，这导致盾构机在掘进过程中所受阻力、刀盘切削效率和地层稳定性存在较大变异性。

例如，在穿过坚硬岩石层后进入软弱黏土层时，盾构机推进压力需要适时调整以防止因推力突变而造成的地层扰动过大，从而减小地表沉降的风险。

复合地层中的地下水状况也对盾构施工和地表沉降有着直接关系。

含水层的存在会增加地层的可压缩性和流动性，使得盾构掘进时易产生更大的地层损失和地下水突涌，进而加剧地表沉降和周边环境破坏。

而采用合理的注浆技术、控制掘进速度和土压力平衡则是有效应对地下水影响的关键措施。

不同地层间的过渡界面往往是地表沉降较为敏感的区域，盾构通过这些界面时，由于应力传递和扩散效应，可能会导致地层应力重新分布，加大地表沉降的不确定性。

地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析摘要：随着社会的快速发展，地铁在城市中的作用越来越大。

本文简要叙述了地铁隧道盾构法施工而引起的地表沉降的原因，根据土质的不同，采取不同的掘进方法，努力确保地铁隧道的施工质量，为城市地铁隧道施工企业提供参考。

关键词：地铁隧道、盾构法、地表沉降一、前言随着经济社会的不断进步，地铁已经逐渐成为发达城市的重要交通要到，在一定程度上缓解了交通压力。

在城市地铁建设中，最常用的方法是盾构法施工。

盾构法施工的优点的能够不间断的进行掘进，而且掘进进度比较稳定，能够在软弱土层进行施工。

但是由于盾构法施工过程中，刀盘与盾体、盾体与管片存在间隙，在同步注浆无法及时跟上的情况下，容易造成地表沉降。

因此，在地铁建设中必须要加强对沉降的观测，并加以控制。

在为城市地铁隧道进行盾构施工时，由于施工环境能很大程度上避免施工影响，因此要严格控制地表沉降，保证施工质量。

二、地表沉降的原因分析地表沉降在城市地铁隧道盾构法施工中是很常见的。

依据对之前盾构法施工的隧道分析，发现引起沉降的原因主要有：1、降水引起的沉降盾构进出洞或换刀过程中需要进行降水，在运用盾构法施工的过程中经常会出现堵水、排水现象，降水后会因为吸排水的速度形成曲面水位，使降水处的含水层中土有效力增加，从而发生沉降。

2、地层应力引起的沉降在隧道进行盾构法施工掘进时，通常会造成土体松动甚至坍塌，使周围的土壤结构发生变化和地层原始应力的改变。

盾构法施工中，在弯道及水平进行纠偏时，容易照成周围的土层因挤压而破坏，使土层平衡状态受到破坏，引起地表沉降。

3、在不稳定的土层中施工时，盾构机与管片间隙必须及时注浆填充，并且能够确保压浆材料的性能和充填量满足设计要求，否则地表将发生沉降。

在施工过程中，由于种种限制，可能会发生超挖现象。

致使盾尾后建筑空隙不规则扩大，不能确定空隙面积，不及时对空隙进行处理，则很容易造成地表沉降。

三、掘进控制技术盾构法施工的重要工序之一就是掘进。

盾构施工地面沉降的控制技术现在对环境控制的要求越来越高，对盾构穿过城市中心重要建筑时的影响要求极为严格(如上海,广州的多座地铁隧道的建设.一般要求施工时地面沉降控制在+10mm~－30mm 之内) 。

盾构施工不可避免地干扰原土层的平衡状态，虽从理论上可实现无沉降施工，但限于目前工艺和施工手段、操作质量，几乎无法做到地面无沉降或隆起。

目前，国内外许多学者从事这一方面的研究，内容包括盾构施工引起的地表沉降、地层沉降以及盾构施工对邻近建筑物(桩基及已建隧道等)的影响等。

研究的方法主要有经验公式法、离心模型试验和有限元法等。

第一节盾构施工引起的沉降理论和基本规律1、盾构施工引起的沉降理论盾构施工必然扰动地层土体,引发地层损失、隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,这是构成地面沉降的根本原因.在软土地层中用盾构法施工隧道,因地层损失和土体扰动,必然引起地表变形.表现在盾构机掘进的前方和顶部会产生微量的隆起,盾构机部分通过地表开始下沉, 盾尾脱离后地表下沉加快,并形成一定宽度的沉降槽地带,下沉的速率随时间而逐渐衰减,且与盾构经过的地质,施工工况和地表荷载等有密切的关系,并表现出相当大的差异性。

土体的扰动或扰动土多是针对原状土而言，大体是指由于外界机械作用造成的土的应力释放，体积、含水量或孔隙水压力的变化，特别是土体结构或组构的破坏和变化(如填土路基等)[2]。

图5-1-1 盾构施工对土体的扰动盾构前进过程中需要克服盾构外壳与周围土体的摩擦力F1、切口切入土层阻力F2、盾构机和配套车架设备产生的摩擦力F3、管片与盾尾间的摩擦力F4、开挖面的主动土压力F5，当千斤顶推力T≥F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构前方土体经历加载阶段，产生如图5-1-1 所示的挤压扰动区①，开挖面受挤压作用引起土体压缩并使土体前移和隆起，盾构机工作正常时为此状况；当T＜F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构机处于静止状态，该状态对应于千斤顶漏油失控，土体严重超控，盾构机前方土体则要经历卸载阶段，产生土体向内临空面移动，地表出现下沉．为减少开挖面土体的扰动，应尽量保持密封舱内压力Pi 稍大于主动侧压力Ph 和水压力Pw 之和,开挖面正前方区域内土体由于刀盘的挤压搅削作用，将受到强烈的扰动而发生破坏，含水量降低，其力学参数将发生很大的变化。