目录1.地表沉降原因 (1)1.1.地层损失 (1)1.2.受扰动土的固结 (2)1.3.地下水流失 (3)2.地表沉降的发展过程 (4)2.1.初期沉降 (5)2.2.开挖面沉降 (6)2.3.尾部沉降 (6)2.4.尾部空隙沉降 (6)2.5.长期延续沉降 (6)3.引起地表沉降的因素 (6)3.1.主观原因 (6)3.2.客观原因 (7)4.穿越建（构）筑物掘进参数的控制 (8)5.结语 (9)盾构施工沉降分析针对地铁工程而言，进行沉降控制的重要性体现在两个方面：(1) 城市地铁工程一般位于城市的繁华地段，周围建筑物密集、各种地下管线纵横复杂交错，一旦沉降事故发生，将可能造成建筑物开裂、倾斜，地下管线断裂等事故。

影响市民正常生活，造成各种纠纷，进而影响工程施工的进度，增加工程的费用。

(2) 沉降事故在地铁工程的施工中属于多发事故。

同时其发生的直接表现为地下隧道拱顶的下沉或坍塌，而这种塌陷的发生又多由涌水、涌泥，环片支护失效等原因引起。

这些原因的存在和发生，可以导致施工现场的人员伤亡、设备损坏，进而影响工程进度、增加工程费用，造成严重的后果。

1.地表沉降原因在软土地层中开挖隧道，不论采取任何施工技术都将引起地层运动，产生地面沉降。

盾构施工中引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面沉降的基本原因。

1.1.地层损失地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之差（地层损失率指地层损失体积占盾构理论排土体积的百分比）。

周围土体在弥补地层损失中发生地层移动，引起地面沉降。

引起地层损失的施工及其他因素是：(1) 开挖面土体移动当盾构掘进时，开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向力，开挖土体向盾构内移动，引起地层损失而导致盾构上方地面沉降；当盾构推进时，如作用在正面的土体的推力大于原始侧向力，则正向土体向上、向前移动，引起地层损失(欠挖)而导致盾构前上方土体隆起。

(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) 土体挤入盾尾空隙由于盾尾后面隧道外周建筑空隙中压浆不及时，压浆量不足，压浆压力不恰当，使盾尾后周边土体失去原始三维平衡状态，而向盾尾空隙中移动，引起地层损失。

(4) 改变推进方向盾构在曲线推进、纠偏、抬头推进或叩头推进过程中，实际开挖面不是圆形而是椭圆，因此引起地层损失。

(5) 随盾构推进而移动的盾构正面障碍物，使地层在盾构通过后产生的空隙无法及时压浆填充，引起地层损失。

(6) 盾构移动对地层的摩擦和剪切。

(7) 在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形也会引起少量的地层损失。

(8) 隧道衬砌沉降较大时，将引起地层损失。

1.2.受扰动土的固结盾构隧道土体受到盾构施工的扰动后，便在盾构隧道的周围形成超孔隙水压力区(正值或负值)。

当盾构离开该处地层后，由于土体表面压力释放，隧道周围的孔隙水压力便下降。

在超孔隙水压力释放过程中，孔隙水排出，引起地层移动和地面下降。

此外，由于盾构推进中的挤压作用和盾尾后的压浆作用的施工因素，使周围地层形成正值的超孔隙水压区。

其超孔隙水压力，在盾构隧道施工后的一段时间内复原，在此过程中地层发生排水固结变形，引起地面沉降。

土体受扰动后，土体骨架还会有持续很长时间的压缩变形，在此过程中发生的地面沉降称为次固结沉降。

在孔隙比和灵敏度较大的软塑和流塑性粘土中，次固结沉降往往要持续几年以上，它所占的沉降量比例可高达35％以上。

1.3.地下水流失在深埋隧道中，地层损失造成的建筑物的沉降主要影响的是端承桩，而地下水大量流失造成地下水位下降则主要影响的是浅基础和长度较短的摩擦桩，特别是基础以下存在间隙率较大的地层，如中、粗砂层所造成的沉降较大。

由于土压平衡式盾构机在掘进过程中，拱顶同步注浆普遍存在不密实情况，导致拱顶处沿隧道方向存在水力连通，当盾构长时间停止掘进时，地下水容易从盾构机后方流至开挖面，引起地下水大量流失，当地层起伏较大的地层或存在地质钻孔封孔质量不好时，容易与上部地层形成水力通道，直接贯通隔水层引起地下水位下降；另外在含水量较大的地层中停机也会造成开挖面较大的水量流失。

如在深圳地铁一个工程实例，由于隧道上层覆土较浅，且土质松散，并有部分未封堵的地质钻孔，由于形成上下贯通的水力通道，当盾构推过时，地下水下降达2米多，引起地表沉降达120毫米，当调整盾构掘进参数、加大注浆量时，地表存在冒浆现象。

从盾构法施工引起地面沉陷的原因可以看出，控制盾构施工参数如推力、推速、正面土压、同步注浆量和压力等，可有效地抑制其引起的地面沉陷。

2.地表沉降的发展过程盾构推进引起的地面沉降可分为初期沉降、开挖面沉降、尾部沉降、尾部空隙沉降、长期延续沉降等五个阶段。

地表沉降纵向分布图地表沉降横向分布图地基变形模型图2.1.初期沉降初期沉降是指当盾构机开挖面到达某一测量位置之前，在盾构推进前方的土体滑裂面以外产生的沉降。

初期沉降是由固结沉降所引起的，其中包括盾构施工所引起的地下水（或孔隙水）的下降。

2.2.开挖面沉降开挖面沉降是指当盾构机开挖面到达某一测量位置时，在它正前方的那部分地面沉降。

2.3.尾部沉降它是指盾构通过时产生的地面沉降。

由于盾壳和地层之间的摩擦阻力作用，必然会产生一个滑动面。

临近滑动面的土层中就会产生剪切应力，当盾构刚通过受剪切破坏的地层时，因受剪切而产生的拉应力导致土壤立刻向盾构后的空隙移动。

要保持盾构能与隧道轴线一致，在盾构推进过程中，盾构所经之处必须压缩一部分土壤，松弛一部分土壤。

压缩的部分抵挡了盾构的偏离，而松弛部分则带来了地面沉降。

2.4.尾部空隙沉降由于施工需要，盾构机外壳和管片衬砌之间存在“建筑间隙”，这些“建筑间隙”如不及时充填，就会被周围土体占领，最终形成较大的地表沉降。

2.5.长期延续沉降长期延续沉降是指盾构通过后在相当长一段时间内仍延续着的沉降。

该段沉降起因是土层的本身性质和隧道周围土体受扰动。

它的滞后时间与盾构的种类、地质条件、施工质量等因素有关。

（沉降计算分析）3.引起地表沉降的因素3.1.主观原因主观原因是引起地面沉降比较主要的原因。

它同施工人员的工作态度、技术水平等主观因素有着联系。

这一原因通常发生在施工阶段，其具体表现为：(1) 盾构掘进引起的地层损失造成的沉降；(2) 盾构严重超挖（欠挖）引起的地面沉降（隆起）。

(3) 在用一些自动化程度较高的盾构机具进行推进时，推进参数匹配不合理，如推进速度、正面土压力（土压平衡盾构等）、注浆压力和盾构总推力等参数的设定不合理。

(4) 注浆量不足或注浆不及时，是引起地面沉降较主要的原因之一，直接影响“建筑空隙”的充填。

(5) 在推进过程中，盾构“姿态”的纠偏对沉降的影响是不容忽视的。

盾构纠偏就意味着盾构轴线与隧道轴线产生一个偏角。

当盾构以“仰头”或“磕头”方式推进时必然在其轨迹上留下一个比盾构机截面积大的椭圆，引起地面扰动。

(6) 较长时间的盾构停止推进，千斤顶会因漏油而缩回，从而引起盾构后退，这样势必造成开挖面土体稳定失衡，土的内聚力缩小。

(7) 盾构施工中引起地下水大量流失，从而导致地下水位降低，地层随之固结沉降。

3.2.客观原因客观原因是指非施工人员原因而引起的地面沉降。

它与规划、设计和当地的地质情况等因素有直接关系。

这类原因引起的沉降通常发生在整个盾构施工过程中，并延续到施工结束后的较长一段时间。

它可具体分为以下几点：(1) 设计阶段的盾构选择，特别是盾构外径、盾尾空隙等尺寸的选定。

这一切将直接影响“建筑空隙”的大小。

(2) 盾构施工过程中会存在地质资料、建筑物基础收集资料与事实不符而造成施工措施选择不当引起建筑物开裂。

(3) 由于注浆材料本身的体积收缩，使填充空隙的材料在一段时间后出现萎缩。

(4) 盾壳移动对地层的摩擦的剪切，造成对临近土体的扰动。

(5) 在土压力的作用下，隧道衬砌的变形会引起少量的地层损失。

(6) 地层原始应力状态的改变、受扰动土体的固结及土体的蠕变效应。

(7) 施工结束后，隧道本身的沉降，也会引起地面沉降。

4.穿越建（构）筑物掘进参数的控制前面所论述盾构引起建筑物沉降是建立于盾构采用正确的掘进参数情况下的一种预测，对一些预测沉降量较大的建筑物采用提前加固的措施。

在实际施工中，如何控制好掘进参数，是对建筑物保护的一项最基本、最重要的措施。

盾构穿越房屋时，掘进参数的选择如下：(1) 准确计算各种地层的理论土方出土量，施工中必须严格按计算结果控制好实际出土量。

(2) 采用土压平衡式掘进，合理地设定土压力值。

(3) 当穿越沉降敏感地层或大量地下水区域时，必须采用全土压掘进。

(4) 通过建（构）筑物时应保持连续掘进。

(5) 控制好盾构姿态，避免因纠偏而造成超挖。

(6) 同步注浆和二次注浆必须到位，确保管片与地层间隙密实。

(7) 采用耐磨性较高的刀具，减少换刀次数，制定合理的换刀计划，提前在建（构）筑物前做好换刀工作，避免盾构在建（构）筑物下停留。

(8)控制衬砌拼装偏差，提高隧道质量，减少后期沉降。

另外，在掘进过程中，必须做好施工监测，及时地反馈给现场指挥，及时掌握地面沉降情况。

5.结语(1) 本文所推导的方法可以用来确定盾构推过时对地表和地面建筑物的影响程度，并采用相应的加固措施。

(2) 本文通过理论知识和工程类比法，在控制地表变形和穿越建筑物过程中，如何选择好掘进参数和施工监测方法。

(3) 本文方法简单、直观，较易掌握，通过多个盾构工程的实践检验，具有较强的适用性。