在城市中建设地铁，盾构法是一种非常实用的方法，具有一定的可持续性和稳定性。这种方法能够在各类土壤中进行施工，即使是软岩地层或者是软土地层，同时其对地表环境的影响非常微弱，因此这是地铁建造中应用最为广泛、最为实用的方法。但是由于盾构机械设备的质量和体积很大，给地表造成很大的压力，容易产生地表沉降现象，如果地下土质比较松软，或者土层中的含水量较大，沉降现象就会更加明显。所以，在施工的过程中需要不断监测地表的沉降情况，保证沉降程度在可控范围之内，避免发生重大的事故。
1 实例概况
1.1 基本情况
某工程为建设一轨道2号线，从某市的原有站点建设到城市北侧，部分工程已经开始施工，工程道路的宽度为90m，建设范围区内部分地段具有地形，项目区内的高差在5m左右。线路主要占用了规划用地、拆迁用地以及部分草地，建设轨道的长度为1050m，采用的主要施工方法为盾构法。对现场进行了地质勘测，由于地质地貌存在土壤类别、岩石类别以及成形的时间长短等不同，土壤及岩石主要都是与第四系时代形成的，从下而上分为风坡积层、冲湖积层、冲洪积层和人工回填土壤层。
1.2 设置固定的监测点
主要是采用盾构法来施工，在轨道的轴线上每隔6m设置一个沉降点，每30m设置一个断面，在断面的两侧应该设置监测点，如果施工轴线上出现管线或者是建筑物等比较特殊的区域，应该适当地增加监测点。
2 模型理论
2.1 建立模型
按照X、Y、Z3个方向建立模型，将隧道的中心处作为模型的原点，盾构机械施工的方向为Y轴方向，竖向垂直的方向为Z轴，与施工水平垂直的方向为X轴。Z轴方向取土至地面，X轴方向取土为40m，Y轴取土长度为60m，在X轴的负数方向取土15m，这一区段作为主要模型进行研究内容，讨论该方法的影响力度。因为盾构法在进行施工时是平行进行的，所以研究一半的模型即可。
2.2 采用数值模型进行研究
2.2.1 自重应力的作用
如果是在城市中进行施工，那么施工的深度一般会比较小，因此土壤也会相对松软。自重应力是主要的作用力，所以在模型的建立过程中只需要考虑这一因素，见式（1）和式（2）。
（1）
（2）
2.2.2 建立盾构施工动态模型
可以将盾构法的施工过程进行模拟建立动态模型，随着盾构设备的不断向前推进，可以建立一个固定长度的循环模拟模型。
3 模型数据与实际数据的对比
3.1 纵向地表沉降规律对比分析
将模型中理论计算的数值与实际检测数值进行对比，来分析模型的可应用程度。一般实际数据的采取主要是检测具有代表性地段的数据，比如断面处，因为断面位置基本没有高差、通透性良好，观测数据数量较多且完整。对比图见图1。
图1 断面DB13隧道中心点处地表实测值与模拟值纵向沉降对比分析图
从图1中可发现实际检测结果与模型模拟数据走向基本一致，只是在施工过程中存在一些数据差值，但是都能够表现出这一工程具有的变化特点：
（1）从数据上面显示，在盾构设备没有到达之前，地表的土壤出现一定的下沉，这主要是因为前期的挖掘推力以及开挖面对地表的压力造成的。
（2）模拟的沉降速率要＜实际的沉降速率。这主要是因为在盾构设备施工的过程中，设备对其周围的土壤造成一定的压力，而模型并没有模拟出这一部分应力，所以会出现模拟的沉降速率要＜实际的沉降速率的现象。
3.2 分析结果
实际检测的数值和模型中的数据存在一定的差值，但是总体的走向和斜率差别不大，都表现出了共同的特性，因此说明模型具有一定的可信性，可以将模型应用于施工沉降分析。
4 出现沉降现象的原因
4.1 施工用水后干燥引起沉降
在施工的过程中采用降水的方法来保证施工作业面的干燥，采用盾构法作用时可能会出现排水、堵水的问题，通过采用降水的方法后可以有效增加土壤中的含水量，进而增加有效应力，但是施工完毕后，土壤会发生固结，进而产生沉降[2]。
4.2 施工土体周围松动造成的沉降
在使用盾构法进行施工时，需要破坏原有的稳定土壤，将施工部位进行开挖，同时造成施工部位周围土壤的坍塌和松动，改变了原有土层的稳定状态，或者是在施工过程中会对盾构设备进行纠偏，或者是弯道施工，这都会对施工部位周围的土壤造成挤压，进而破坏了原有的土壤稳定状态，最后造成了沉降。
4.3 盾构设备引起的沉降
盾构设备施工过程中，隧道衬砌从设备出来后，受到周围土壤的压力，变成了一种紧实的结构，进而对管片环产生作用力，使管片环变形，造成地表的沉降。
4.4 填充盾尾不充分造成的地表沉降
利用盾构法进行施工时，如果地表的土层具有一定的不稳定性，那么盾尾处的工程就需要使用混凝土进行严密的填充，如果填充物与设计要求不符，就会引起地表的沉降。特别是在轨道弯曲的部位，使用盾构法会产生大面积的超挖，因而导致了盾尾处空隙更多空间更大，填充过程中可能会产生不完全填充现场，进而会引起地表的沉降。
5 控制地表沉降的产生
5.1 适当加大两隧道间距
当两隧道的间距≤3倍隧道的宽度时，就会造成地表沉降的叠加作用。如果开挖的土壤性质比较软弱，会产生更大程度的沉降，所以在实际工程操作的过程中开挖间距最好是在30m以上。
5.2 适当进行二次衬砌工程
含水量丰富的地表的水量蒸发，是一个漫长的时间过程。随着含水量的蒸发和渗透，土层会发生变形，进而导致地表的沉降，原有隧道的地层及支护稳定性都会遭到破坏。所以，需要进行适当的二次衬砌工程。通过以往经验表明，经过衬砌工程后，轨道才会更加稳定安全。
5.3 提高初期支护作用
在初期支护完成后，由于地表以及工程需要一个稳定的过程，支护也会随之发生变化，所以在进行初期支护施工时，应该尽量加大支护的支撑，主要是采取严格按照设计强度进行注浆、加强支护的密度、增大支护的直径等手段。
5.4 对主讲程序采取一定措施
一般施工的技术为在支护内部进行注浆，遇到特殊情况还需要进行注浆补偿。设置钢拱架时，需要对位置进行细致的选择，一般会选择受力不大的位置，还要考虑到方便施工，钢拱架的选择要注意拱架的刚度和实用性。
6 结语
综上所述，在地铁施工中，盾构法具有稳定、对环境的影响等优点，但是也会存在地表沉降的问题。因此，在施工中可以采取必要的措施，尽量减少地表的沉降，避免造成建筑物破坏等损失。通过文章的分析和研究，可以通过以下方式来尽量解决地表沉降的问题，即不断提高盾构法的施工技术，通过更加科学先进的技术减少盾构过程对地表的破坏力，提高施工后的稳定性。
参考文献
[1]陈鑫超．地铁盾构施工引起的地表沉降研究[D]．南京：南京理工大学，2017.
[2]乔金丽，范永利，刘波，等．基于改进BP网络的盾构隧道开挖地表沉降预测[J]．地下空间与工程学报，2012，8（2）.
收稿日期：2018-03-05
作者简介：沈友文（1986-），男，江西九江人，中铁四局集团第五工程有限公司工程师，研究方向：地铁技术。
