地鐵施工中地表沉降控制技術綜述
發布時間：2010-01-14 共2頁
盾構施工中引起的地層損失和盾構隧道周圍受擾動或受剪切破壞的重塑土的再固結，是地面沉降的基本原因。
（一）地層損失地層損失是盾構施工中實際開挖土體體積與竣工隧道體積之差。周圍土體在彌補地層損失中發生地層移動，引起地面沉降。
引起地層損失的施工及其他因素是：
（1）開挖面土體移動。當盾構掘進時，開挖面土體受到的水平支護應力小于原始側向力，開挖土體向盾構內移動，引起地層損失而導致盾構上方地面沉降；當盾構推進時，如作用在正面的土體的推力大于原始側向力，則正向土體向上、向前移動，引起地層損失（欠挖）而導致盾構前上方土體隆起。
（2）盾構后退。在盾構暫停推進中，由于盾構推進千斤頂漏油回縮而可能引起盾構后退，使開挖面土體坍落或松動，造成地層損失。
（3）土體擠入盾尾空隙。由于盾尾后面隧道外周建筑空隙中壓漿不及時，壓漿量不足，壓漿壓力不恰當，使盾尾后周邊土體失去原始三維平衡狀態，而向盾尾空隙中移動，引起地層損失。
（4）改變推進方向。盾構在曲線推進、糾偏、抬頭推進或叩頭推進過程中，實際開挖面不是圓形而是橢圓，因此引起地層損失。
（5）盾構移動對地層的摩擦和剪切。
（6）在土壓力作用下，隧道襯砌產生的變形也會引起少量的地層損失。
（二）受擾動土的固結盾構隧道土體受到盾構施工的擾動后，便在盾構隧道的周圍形成超孔隙水壓力區（正值或負值）。當盾構離開該處地層后，由于土體表面壓力釋放，隧道周圍的孔隙水壓力便下降。在超孔隙水壓力釋放過程中，孔隙水排出，引起地層移動和地面下降。此外，由于盾構推進中的擠壓作用和盾尾后的壓漿作用的施工因素，使周圍地層形成正值的超孔隙水壓區。其超孔隙水壓力，在盾構隧道施工后的一段時間內復原，在此過程中地層發生排水固結變形，引起地面沉降。土體受擾動后，土體骨架還會有持續很長時間的壓縮變形，在此過程中發生的地面沉降稱為次固結沉降。在孔隙比和靈敏度較大的軟塑和流塑性粘土中，次固結沉降往往要持續幾年以上，它所占的沉降量比例可高達35％以上。
從盾構法施工引起地面沉陷的原因可以看出，控制盾構施工參數如推力、推速、正面土壓、同步注漿量和壓力等，可有效地抑制其引起的地面沉陷。
3．5 沉降控制案例：
深南路～紅嶺路人行地道工程深南路～紅嶺路人行地道位于深南中路與紅嶺路相交十字路口，西南角建有紅嶺大廈，西北角建有“鄧小平畫像”，東北角為大劇院下沉廣場，東南角有金融中心。
該路口深南中路寬50米，紅嶺路寬40米，人行地道設計為互通式，十字路四角方向均布有出入口。
深南路～紅嶺路人行地道工程施工地層由上向下依次為：
1、人工填土層（Qml）：上部為路面及路基塊石；下部褐黃、灰黃、褐紅等色，由粘性土混30～40 %的碎石、塊石組成，底部由粘性土混少量植物根須組成。堆填時間10年以上已基本完成自重固結，結構稍密～中密。場地內各鉆孔均見該層，層厚2.0～5.8m.
2、第四系全新統海陸交互沉積層（Q4ml）：中砂（含淤泥質）（Z/S），灰～灰黑、褐灰等色，成分為石英質，混少量淤泥及有機質，局部夾淤泥質土團塊。飽和，松散。厚薄不均，層厚1.6～4.7m.
3、四系晚更新統沖積層（Q3al+pl）：
粘性：褐黃、灰白、灰黃等色，濕，可~硬塑。含少量粉細砂。光滑，搖振反應無，干強高度，韌性高。該層主要分布于場地南側，層厚1.2～3.3m.礫砂：褐黃、灰白、灰黃等色，成分為石英質，不均勻混少量粘土，局部夾團狀粘性土。飽和稍密～中密。場地范圍內孔20外，其于鉆孔均可見，層厚1.0～5.4m.
4、四系中更新統殘積層（Qel）
礫質粘土：灰白、褐黃、灰黃等色，由粗粒花崗巖風化殘積而成，原巖結構尚可辯。無搖反應，稍有光滑，干強度中等，韌性中等。很濕~濕，可~硬塑狀態。該土遇水極易軟化。層厚不詳。
地下水豐富，屬孔隙型潛水，略具承壓性質。穩定水位埋深0.3~4.1m，地下水主要賦存于第四系全新系統海陸交互沉積中砂和晚更新沖洪積礫砂層中，地下水主要靠大氣降水補給。場地地下水在強透水砂層中對混凝土具弱碳酸型腐蝕型。
地鐵區間隧道施工造成深南中路和紅嶺路交叉路口較大范圍地表沉降，且沉降值達50 cm以上；沿深南中路、紅嶺路兩側各有現狀鑄鐵給水管，因地表沉降以對給水工程造成一定程度的影響及破壞；深南中路和紅嶺路交叉路口，發現有“囊狀風化帶”等不良情況，并且出現了坍塌現象；A通道暗通過地鐵隧道上方地段；該地道工程埋深淺且鄰近地下管線。施工條件差。
深南中路紅嶺地下通道的人行地道包括A、B、C三段暗挖通道和7段明挖梯道。暗挖通道總長為188.26m，明挖梯道總長為262.75m.暗挖通道按“新奧法”原理進行支護結構設計，“淺埋暗挖法”進行設計和施工。結構采用復合式襯砌結構，初期支護采用格柵鋼架、網、噴砼聯合支護形式，輔以臨時支撐、小導管超前支護及預注漿加固地層。二次襯砌為模注鋼筋砼結構，初期支護與二次襯砌間設防水層防水。明挖梯道采用直壁開挖，砂漿錨桿、型鋼網噴混凝土支護。輔以臨時支撐、小導管預注漿加固地層。二次襯砌為模注鋼筋砼結構，初期支護與二次襯砌間設防水層防水。在施工過程中，每開挖循環進尺50cm就開始支護，并嚴格進行地表沉降數據的及時監測、及時分析，有效控制了沉降事故的發生。
4. 地鐵工程沉降事故的應急處置地鐵工程中地表沉降事故的發生，一般由地下空間的塌方、爆破、支護不當或者失效等事故直接引起，容易造成人員傷亡和財產損失。所以，針對地鐵施工中沉降事故的發生，制定和實施一套健全的應急預案是相當重要的。
應急預案是指未來加強對重大事故的處理能力，防止事故擴大，使事故損失降到最低限度，而根據實際情況制定的事故應急救援對策。通過制定應急預案并進行必要的演練，事故發生時采取正確的應對措施，一方面可以控制事故的影響范圍，降低人員傷害呵財產損失，另一方面可以避免人為措施的失當造成的事故擴大。
應急預案從表面上看，是一套應急響應程序。而實際上，一套完善的預案是有其支撐平臺的。這個平臺就是：
（1）人才資源的合理配置及有效組合。
（2）相關設備、物料的配備和合理有效地管理、運用。
（3）對危險有害因素的全面辨識和分析評估。應急處置程序運行在這個基礎上，才能真正算的上一套完善的應急預案。
（一）制定應急預案的一般程序和內容
1.一般程序：
（1）突發事故及其危險性分析
（2）應急計劃對象區域劃定：根據應急救援救援力量來源的范圍一般分為區域應急救援和單位應急救援。
（3）編制應急救援計劃：包括技術措施和組織協調措施兩個方面。
（4）應急救援資源配置：包括人才資源和設備、物料的配置兩個方面。
（5）應急救援預案演練：一方面是對各方面因素的協調性的演練，一方面是發現不足實現改進的手段。
（6）應急預案效果評價與改進：應急救援方式會隨著社會環境、技術條件等因素的變化而變化，所以要持續改進以適應各方面的環境因素變化，從而能夠發揮預案應有的效能。
2.一般內容：核心是制定所采取的技術和組織措施。
（1）組織機構及其職責。包括：應急預案制定、日常協調和指揮的機構；相關部門在應急救援中的職責和分工。
（2）危險源識別與風險評價。
（3）通告程序與報警系統：確定由哪一級組織啟動應急預警系統。
（4）應急設備設、物料的配置。
（5）應急能力與資源配置的評價。
（6）事故應急救援針對性措施程序的制定。
（7）信息發布與公眾教育。
（8）事故后恢復程序。
（9）培訓與演練。
（10）應急預案的維護。
（二）沉降事故處置應急預案的編制過程
（1）成立預案編制小組 ：沉降事故應急預案編制小組應該由施工單位、施工監理單位和業主三方面的人員參加，由質量與安全方面的第一負責人、專業技術人員、輔助人員（包括財務、物資供應人員等）構成。
（2）風險分析與評估 ：由專業技術人員針對沉降事故進行各個方面的風險分析與評價。
（3）編制應急預案 ：以風險分析與評價結果為基礎編制沉降事故應急預案。
（4）應急預案的評審與發布 ：由總工程師組織相關技術人員對應急預案的準確性、有效性進行審核，提出改進建議，從而使預案趨于完善。在修改完善之后，把預案通報給全體施工人員、生產質量安全管理人員、建設監理人員及業主，并組織對預案的學習。
（5）應急預案的實施：在實踐中檢驗預案的有效性。
（6）應急預案的持續改進：沉降事故的發生具有共性，但是在實際生產中可能會發生未預想到的情況。所以在生產中要做到對應急預案的持續改進。
（三）沉降事故應急處置的資源配置
1.人員配置及組織管理
應急處置所需的人員有三個方面：指揮人員、沉降事故處理技術人員、應急處置輔助人員（包括醫療救護、設備物料運送、其他人員）。
人員的組織管理要建立起一個完善的組織體系，實行明確的分工，擁有高效的協調機制。
2.應急處置所需設備、物料的儲備與管理
應急所需設備和物料是進行應急處置的基礎，所需設備、物料的配備和使用管理關系到應急響應能否有效進行。一方面設備、物料的全面配備要有嚴格的組織程序保障，另一方面對所配備設備、物料的嚴格保養、檢驗也要寫進組織程序。這樣才能保證設備物料的有效性。
（四）風險因素的辨識和評估
沉降事故的發生原因、可能結果等因素是編制事故應急處置技術措施的基礎。
（五）沉降事故應急響應程序的制定
事故發生在時間上具有突發性，應急預案的啟動必須在短時間內完成。那么，如何使應急預案在短時間內全面協調地運作起來就成為事故處置效果的關鍵影響因素。應急預案的啟動在短時間內的啟動是一個系統工程，需要調動起人員、設備、物料等多方面因素。這需要有快捷的通訊聯絡技術、指揮者扎實的知識基礎和敏捷的處理能力、有效的人員協調機制。
5．結語
城市地鐵工程一般建設在城市內交通壓力大的繁華地段，而地下工程的施工常常造成地表下沉的事故發生。但是，地表下沉的機理到目前為止還未形成定論，本文中有關的沉降機理分析只是目前比較流行的理論，隨著理論和技術的不斷進步、完善，地層沉降理論也將會逐漸清晰，屆時有關的沉降控制技術和應急處理技術也會逐漸完善。
『參考文獻』
（1）李鈾、李小強、彭意中南大學土木建筑學院《地鐵施工中的地表沉陷控制方法與工程實例》
（2）周鍵、王亞飛、池永、廖熊華 人民交通出版社《現代城市建設工程風險與保險》
（3）黎忠文 《深圳地鐵施工突發事故應急預案編制》
