1 地鐵盾構(gòu)施工地面沉降的構(gòu)成及機理研究
1.1 盾構(gòu)到達前的前期地表沉降
盾構(gòu)過程中，可以發(fā)現(xiàn)地面在盾構(gòu)機到達前會發(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，有兩種說法。一說法認為這是由施工導(dǎo)致水位變化，水位下降一定程度上增加了有效應(yīng)力，使得地表在盾構(gòu)到達前就產(chǎn)生了沉降。另一種說法認為隧道開挖會導(dǎo)致土體重分布及應(yīng)力釋放，這是引起地表沉降的主要原因。隨著研究的深入，第二種方法更獲認可。
1.2 盾構(gòu)施工擾動的地表沉降
盾構(gòu)掌子面到達觀測點下方直至盾尾通過觀測點下方時段內(nèi)的地表沉降，并含盾尾空隙引起的沉降量，被稱之為盾構(gòu)施工擾動引起的地表沉降。造成該部分沉降的基本原理是開挖過程造成土體擾動，破壞原有土體平衡及補壓漿不及時造成盾尾空隙，從而引起地表沉降。
1.3 后期固結(jié)地表沉降
盾構(gòu)過斷面后，土體會固結(jié)或者次固結(jié)，這也會引起地表沉降，這種沉降稱之為后期固結(jié)地表沉降。此階段的沉降會隨著時間而改變。原理為盾構(gòu)施工引起地下水位改變，致使土體應(yīng)力失衡，從而出現(xiàn)沉降來恢復(fù)平衡。后期固結(jié)地表沉降約為總沉降的5%~30%，導(dǎo)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)以及土體被擾動后導(dǎo)致孔隙水壓力改變是產(chǎn)生后期固結(jié)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導(dǎo)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引起后期固結(jié)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(gòu)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)。展開來說，包含地層空洞、土層變化大、勘察資料不全、土層參數(shù)變化(壓縮模量、摩擦角、內(nèi)黏聚力)等因素。
2.2 施工因素
?。?）盾構(gòu)掘進方面①盾構(gòu)施工參數(shù)設(shè)定不合適；推進速度、總推力、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩等對地面沉降的影響很大；②出土量過大；③盾構(gòu)過程中出現(xiàn)超挖、欠挖、糾偏、后退等問題；④盾尾密封失效、監(jiān)控量測反饋信息反饋不及時等會導(dǎo)致地面沉降；⑤采取合理措施可以一定程度地預(yù)防地面沉降，出現(xiàn)危險情況時，應(yīng)采取合理措施來進行彌補；反之，未采取合理措施會導(dǎo)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，這些情況會導(dǎo)致地面沉降；②管片螺栓未擰緊。管片之間的螺栓未擰緊會導(dǎo)致接縫張開過大、以及薄弱部位質(zhì)量差等情況的發(fā)生，從而導(dǎo)致地面沉降；③管片相關(guān)構(gòu)件銹蝕。包含螺栓銹蝕和外側(cè)金屬構(gòu)件銹蝕兩種。
2.3 人員因素
人員是工程建設(shè)最重要的要素；人材機法環(huán)五種要素中，人進行工程勘察獲取地質(zhì)資料，人掌握機械調(diào)度以及機械使用，人決定施工方法，人選取材料并進行材料調(diào)度；從這里可以看出人員的重要性，當(dāng)施工人員經(jīng)驗不足時，進而影響后續(xù)工作而導(dǎo)致地面沉降的可能性是有的。
3 地鐵盾構(gòu)工程地面沉降控制
3.1 盾構(gòu)施工地面沉降監(jiān)測方法
盾構(gòu)法隧道施工過程中頂面沉降監(jiān)測是最主要的檢測項目，其中監(jiān)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(cè)斜儀測定方法。
檢測基準傳感器點的布設(shè)原則:布設(shè)位置要求距最近盾構(gòu)掘進軸線垂直距離大于25m，采用防日照和干擾的措施，其位置穩(wěn)定可靠。監(jiān)測傳感器的布設(shè)原則:布設(shè)要求建在建筑物較敏感位置，施工擾動最大危害位置，橫向沉降槽2/3徑向區(qū)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圍巖土體穩(wěn)定，防止水土流失，進而控制地面沉降。針對不同工程的具體情況，結(jié)合地面沉降的不同階段，盾構(gòu)法隧道施工應(yīng)采用施工前預(yù)防地面沉降的處理措施和施工過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(jié)法施工或素混凝土墻等，對盾構(gòu)隧道上覆和兩側(cè)地層進行加固，有效預(yù)防和控制盾構(gòu)法施工引起的地面變形與發(fā)展。盾構(gòu)法隧道的地面沉降控制，要綜合考慮地表建(構(gòu))筑物、地下管線及地層和結(jié)構(gòu)穩(wěn)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。具體施工過程中，可設(shè)置預(yù)警值、報警值和極限值來進行分級控制。預(yù)警值一般為極限值的60%，當(dāng)?shù)乇沓两颠_到該值時，應(yīng)采取必要的控制措施并密切監(jiān)控沉降的進一步發(fā)展;報警值一般為極限值的80%，達到該值時，要立即采取有效措施和手段對地表沉降進行控制;極限值則是地表沉降允許的最大值，超過該值將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(xiàn)場布設(shè)監(jiān)測網(wǎng)，從橫向、縱向?qū)Φ孛娴某两颠M行實時監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)有瞬時變形超過或都及時尋找原因及時解決問題。在盾構(gòu)機經(jīng)過時，地表變形只要接近沉降控制的預(yù)警值，就必須對盾構(gòu)機的出土量、速度進行調(diào)整，找到最佳施工參數(shù)。采用國內(nèi)先進計算機監(jiān)測系統(tǒng)對現(xiàn)場各個測點信息進行匯總比較，及時反饋沉降信息給盾構(gòu)司機，對地面的沉降進行全面的控制。
2）盾構(gòu)幵始掘進后，同步注獎過程不均勻，推進過程中有時注架壓力大，注菜量不足，有時注裝量少，甚至出現(xiàn)不注聚情況，造成對土體結(jié)構(gòu)的擾動破壞，引起地層變形量過大。施工中首先根據(jù)地面變形情況及時調(diào)整注菜量、注楽部位，在沉降大的部位采用補壓梁進行控制，同時更換損壞的盾尾，或采用在盾構(gòu)機尾部內(nèi)墊海綿對盾構(gòu)機尾部進行堵漏。
3）管片拼裝時，同環(huán)相鄰的管片相互位置容易發(fā)生變動，造成縱縫出現(xiàn)前后口八、內(nèi)外張角、內(nèi)弧面產(chǎn)生踏步、縱縫過寬、兩塊管片相對旋轉(zhuǎn)等質(zhì)量問題。施工中在盾構(gòu)推進時開啟騎縫的千斤頂，來控制環(huán)面平整。在管片脫出盾尾時，環(huán)向螺栓在進行一次復(fù)緊，因為管片被周圍土體包裹以后橢圓度會相對地減小，縱縫壓實密集程度提高，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)條件不佳的路段進行沉降觀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(guī)律以及變化的主要趨勢。所以綜合看來，這種地面沉降的控制方法可行性還是比較高的。同時需要定期進行人員培訓(xùn)，從而能夠更好的提高人員的專業(yè)水平，確保工程的有效開展。
