在北京地鐵5號線的建設中，首次采用盾構法修建地鐵區間隧道，該地鐵區間下穿城市中心。這些地區很多都是老城區和中央商務區，對地面變形和地面沈降的控制要求極其嚴格。因此，有必要對盾構掘進過程中的地面變形和地面沈降規律進行分析，並采取相應的施工方法和技術措施進行控制，以滿足盾構施工過程中的環境要求。
1地層變形原因分析
盾構隧道施工引起地面變形的基本原因可歸納如下。
(1)開挖面土體的移動:隧道開挖時，開挖面土體的水平支護應力可能大於或小於原側壓力，開挖面前方土體會發生下沈或隆起。
(2)建築物間隙引起的沈降:土體被擠入盾尾處的間隙，盾尾後隧道周圍土體因註漿不及時、註漿量不足、註漿壓力不合適而失去原有的三維平衡狀態，造成地層損失；曲線盾構掘進或糾偏掘進時，實際開挖斷面不是圓形而是橢圓形，造成地層損失；當盾構在土體中運動時，盾殼表面附著壹層粘土，盾尾後方隧道外圍形成的縫隙大大增加。如果灌漿量不相應增加，地層損失會增加。
(3)襯砌變形和沈降:在土壓力作用下，隧道襯砌變形也會造成少量地層損失，當隧道襯砌沈降量較大時，會造成不可忽視的地層損失，襯砌滲漏也會造成沈降。
(4)擾動土體的固結和再沈降:由於盾構掘進時的擠壓和盾尾註漿等因素，在周圍地層中形成超孔隙水壓帶，經過壹段時間後才能消散和恢復。在這個過程中，地面沈降是由地層的排水固結變形引起的。
2地層下沈控制方法
2.1地層情況及沿線建構築物調查
為了有效控制施工過程中的地面沈降，首要的前提是在盾構隧道開挖前對隧道施工沿線的地面條件和建(構)築物進行調查。在取得相關原始資料後，對沿線地基條件和建(構)築物狀態進行評估分級，並結合相關規範要求，確定施工過程中確保地基和建(構)築物穩定應達到的控制標準。
2.2盾構掘進參數的優化與匹配
在確定沿線地層和相關建築物的控制標準後，需要根據控制目標調整盾構掘進參數，使盾構在施工過程中達到最優的控制掘進狀態。
最優盾構掘進是指對周圍地層和地面的影響最小，地層強度略有下降，擾動小，超水壓小，地面隆起小，盾尾出洞時的突然下沈幅度小。這是盾構施工控制地面沈降和保護環境的首要條件和根本方法。
為了達到上述最優狀態，必須根據隧道深度、地質條件、地面荷載、設計坡度、轉彎半徑、軸線偏差、盾構姿態等因素，選擇合理的參數指導施工。因此，需要對沿線地表變形值進行監測，不斷優化組合，指導下壹步開挖施工，真正達到優化施工參數的目的。
2.3嘗試確定指導施工的參數。
盾構施工的主要工作介質是巖土，施工影響範圍內的建(構)築物與巖土的相互作用，需要根據沿線地層條件和建(構)築物情況，取某壹開挖斷面作為開挖試驗斷面。
壹般來說，最初開挖的100m作為試開挖段。在實際開挖過程中，100m試挖段可分為三段:第壹段為15m，為初期開挖，* * *設置三組開挖參數，通過地表監測探索地層變化規律和軸線控制；第二段長35米。根據地面條件、建築物和地下管線，對第壹階段設定的三組參數進行調整，得到最優參數。第三段，長50m，為正式開挖的準備階段。通過該段開挖，對地面沈降、隧道軸線控制、襯砌安裝質量等制定了控制措施，基本掌握了施工參數，可利用信息反饋指導施工。通過對100m試挖段開挖參數和地層變形規律的探索，為整個開挖過程施工參數的確定奠定了良好的基礎。
2.4土倉壓力的設定
在整個隧道開挖過程中，土壓力的設定是壹個非常關鍵的參數。土壓力設定值過小，會導致地層下沈量增加，土壓力設定值過大，會導致地層擡升。
北京地鐵5號線17標段盾構施工時，由於地處老城區，地面有1000多套房屋，地下管線密集，對地面變形的控制非常嚴格。根據土壓力的理論計算結果和試挖段的經驗數據，土倉壓力設定為理論值的105% ~ 65438+。
2.5確定盾尾同步註漿參數的最佳值。
在盾構掘進過程中，控制或減少地表變形的關鍵措施是采用合適的註漿壓力、註漿量和合理的註漿材料，向盾尾外的襯砌背後環形建築空隙同步註漿。盾尾同步註漿過程中的關鍵參數控制主要包括以下幾點。
(1)合理配合比的漿液:稠度值控制在10.5 ~ 11.0，容重與原狀土相近。
(2)灌漿壓力:合適的灌漿壓力約為5 ~ 6巴。由於實際註漿量大於計算註漿量，因此只能將超體積漿液註入盾尾土體間隙，註漿壓力適當高於計算註漿壓力。
(3)註漿時間:盾尾註漿的壓入時間對註漿施工效果有明顯影響。漿液的註入時間應與管片拔出盾尾同步，均勻註入漿液的時間應與管片推進壹圈的時間相同。
(4)註漿量:壹般來說，盾尾同步註漿量的控制可以根據盾尾間隙的計算得到。但在實際註漿過程中，由於盾尾土體不密實或有空隙的情況，以及盾構施工對周圍土體的擾動作用，盾尾實際同步註漿量遠大於理論計算量。根據我單位的經驗，砂卵石地層的適宜註漿量應為理論註漿量的160% ~ 220%；粉土和粘性土的適宜註漿量應為理論註漿量的140% ~ 180%。
(5)註漿位置的分布:選用等角度分布在盾尾殼體內的註漿管進行註漿，根據不同的地質條件和控制標準確定每根註漿管的註漿壓力和註漿量，可使懸浮在漿液中的隧道尾部產生可控位移，既能改善隧道軸線的原始偏差，又能有效改善管片與盾尾之間的卡澀。
2.6信息化建設指導
在盾構掘進過程中，根據監測結果與各施工參數的對比分析，可以進壹步修正施工參數，達到優化和匹配掘進參數，有效控制地表變形的目的。
3工程實踐效果
北京地鐵5號線是北京第壹條采用盾構法修建的地鐵隧道，本標段區間隧道盾構掘進具有以下特點。
3.1地質條件具有代表性。
本標段區間隧道埋深14.8 ~ 15.6米，隧道上部地層為23層粉土、②層粉土、③1層中粗砂、③1層圓礫、④層粘性粉土、⑤ 65438層粉質粘土。隧道進入潛水層，部分進入承壓水層。
另壹段隧道埋深8.2 ~ 9.5m，隧道上部地層為粘質粉土、砂質粉土②、粉質粘土②1，隧道穿越地層為粘質粉土、砂質粉土②、粉質粘土②1、粉砂③、圓礫④，隧道下部地層為圓礫④1、圓礫④。部分地段隧道底部進入潛水層，但不進入承壓水。
3.2周邊環境復雜，施工制約因素多。
本標段兩段地面建築復雜，沿線地面道路為市區南北交通要道，車流量大。隧道穿越繁華商業街，該路段地面交通繁忙，地鐵施工期間不能中斷地面交通。
地面建築復雜，道路東側密集的商業建築下有隧道通過。大部分建築建造年代較早，且多為危房。地下管線和人防建築較多，包括汙水、供水、電力、熱力、電信等管線。
結合實際工程條件，在實際施工過程中，本文所述的控制方法達到了有效控制地層變形的施工目標。如區間隧道施工時穿越的許多胡同，地面變形控制效果理想，地面沈降值基本在10 mm以內，遠小於規範要求的30 mm。
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