盾构施工地面沉降的控制技术
盾构法施工地面沉降机理、预测与防治
失；盾尾后面的建筑间隙未能及时有效地进行充填，从而使周围土体挤
入建筑间隙，引起地层损失（在含水的不稳定地层中，这往往是引起地
层损失的主要因素）；盾构在曲线推进和修正蛇行时的超挖和扰动所引
起的地层损失；在土压力作用下，隧道变形或沉降也会引起地层损失；
施工中操作失误而引起开挖面坍塌，或前方地质情况骤变，而使开挖面
盾构法施工地面沉降机理、预测与防治
国内外实践表明，盾构法施工多少都会扰动地层而引起地表沉降，
即使采用目前先进的盾构技术，要完全消除地面沉降也是不太可能的。
地面沉降量达到某种程度就会危及周围的地下管线和建筑物。因此，必
须研究盾构施工时引起的地层扰动，造成地面沉降的机理，要清楚地掌
握沿线的地下管线和建筑物的构造、型式等，对地面沉降量和影响范围
（1） 保持开挖面的稳定性。开挖面的稳定性可以用稳定系数N 来定量描述，N值定义为：
N= n
式（12）
式中 H----地面至开挖面中心的距离（m）;
γ----地层重度（kg/m3）;
P----开挖面支护压力（kg/m2）;
Cu ----地层的不排水抗剪强度( kg/m2);
n=0.7～0.8。
当N＝1～2时，地层损失率可控制在1%以下；
S (max )＝V(s)/ i≈V(s)/2.5 i
式（4）
Cording 和 Hansmire（1970）对紧密砂层做的统计分析，可以
满意地认为横向沉降槽体积等于地层损失，即V (s) ＝VL＝VlV。
横向沉降槽宽度系数i取决于接近地表的地层的强度．隧道埋深 和隧道半径。根据在均匀介质中的试验，可以从几何关系中近似地得 出：
粘性土： i=0.43Z＋1.1
式（6）
地面沉降控制措施
地面沉降控制措施
针对本区段地质情况，在盾构掘进过程中，将采取以下措施控制沉降：
⑴建立沿线的地面沉降观测点，在盾构掘进开始前取得初始数据，并将所有的监测点清晰地标在1:500 的线路平面图上。
⑵盾构机初始掘进的100m 试验范围，将设置较密的沉降监测点，以获得盾构机掘进参数与需沉降点的关系。
⑶掘进过程中，盾构机机头前10m 后20m 范围内每天早晚至少一次，范围之外每周测一次，直至稳定为止。
⑷盾构掘地应小心谨慎，要适当选用千斤顶和推力，及时根据地面沉降观测的成果确定掘进方式（土压平衡和非土压平衡）和土仓压力，要随时调整掘进方向，尽量减少蛇形和超挖。
⑸地面沉降变化值较大时，加密观测和主要人员现场值班是非常重要的。
⑹盾构推进时，须对盾构外径及衬砌外径间的环行空隙同步压注浆液，并要求1 天强度≥周围土体的强度，必要时要及时进行二次注浆。
⑺盾构在穿越密集建筑群或重要工程控制点时，运用优化盾构施工参数的方法，进一步控制地面沉降曲线的特性指标，满足环境保护要求。
⑻建立严格的隧道沉降量测控制网络，及时定期进行监测，以掌握隧道施工时和建成后对周围环境及对隧道结构本身的影响，以备必要时采取措施来确保地铁隧道的安全运行和减少对周围环境的影响。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对1. 引言1.1 引言地铁盾构施工是一种常见的地下工程施工方式，通过盾构机在地下开挖隧道，是城市地铁建设的重要工艺之一。
在地铁盾构施工过程中，地面沉降是一个不可避免的问题，会给周围环境和建筑物带来一定的影响。
对地面沉降原因进行分析并有效应对是非常重要的。
在本文中，我们将针对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行深入探讨，并介绍地下水位变化、地下土层变动、盾构施工技术以及沉降监测与控制这几个方面的内容。
通过深入分析这些因素，可以帮助我们更好地理解地铁盾构施工中地面沉降的机理，从而采取有效措施来减少地面沉降对周围环境和建筑物的影响，保障施工过程的安全和顺利进行。
部分是整篇文章的开端，只有充分了解地铁盾构施工中地面沉降的原因，才能更好地理解后续部分的内容。
接下来我们将对地面沉降的原因进行详细分析。
2. 正文2.1 地面沉降原因分析地面沉降在地铁盾构施工过程中是一个常见的问题，主要原因可以归纳为地下水位变化、地下土层变动和盾构施工技术等因素。
地下水位变化是导致地面沉降的重要原因之一。
在盾构施工过程中，地下水位的变化会影响周围土层的稳定性，导致土层松动和沉降。
特别是在地下水位波动较大的地区，地面沉降问题更为突出。
地下土层变动也会引起地面沉降。
盾构施工过程中，土层受到挖掘和开挖等操作的影响，可能会导致土层紧密度的改变，进而引起地面沉降。
地下土层的物理性质和结构也会对地面沉降产生影响。
盾构施工技术的不当使用也可能导致地面沉降。
如果施工工艺不合理或操作不当，可能会对周围土层造成不可逆的破坏，进而引发地面沉降问题。
地面沉降是一个综合性问题，需要综合考虑地下水位变化、地下土层变动和盾构施工技术等多个因素。
只有对这些因素进行全面分析和有效控制，才能有效应对地面沉降问题。
在下文中，我们将进一步讨论如何有效监测和控制地面沉降。
2.2 地下水位变化地下水位变化是导致地铁盾构施工中地面沉降的重要原因之一。
盾构法施工引起地面沉降原因分析及防治措施
盾构法施工引起地面沉降原因分析及控制方法进入21世纪，世界经济的迅猛发展使城市化建设得到了大幅度的提速。
目前，人口不断地向城市聚集，使城市人口和建筑的密集度快速上升，造成能被利用的地面空间越来越少，因此，当今城市现代化建设的重要课题之一便是开发地下空间，为人类创造价值。
但各种用途的管线被布置在地下，这便产生了在地下工程施工背景下的一种最佳方法——盾构法。
盾构法施工虽然优点颇多，但是也存在诸多问题。
本文就盾构法施工过程中引起的地面沉降问题展开讨论，分析产生的原因及寻找控制方法。
一，地面沉降产生原因1、地层隆沉的发展过程盾构推进引起的地面沉降包括五个阶段：最初的沉降、开挖面前方的沉降、盾构机经过时沉降、盾尾空隙的沉降以及最终固结沉降，如图l所示。
第一阶段：最初的沉降。
该压缩、固结沉降是因为地基有效上覆土层厚度增加而产生的沉降，也是盾构机向前掘进时因为地下水水位降低造成的。
指从盾构开挖面距地面沉降观测点还有一定距离(约3～12m)的时候开始，直至开挖面到达观测点这段时间内所产生的沉降。
第二阶段：开挖面前方的沉降(或隆起)。
这种地基塑性变形是由土体应力释放、开挖面的反向土压力、或机身周围的摩擦力等作用而产生的。
它是从开挖面距观测点约几米时开始至观测点处于开挖面正上方这段时间所产生的沉降(或隆起)。
第三阶段：盾构机经过时沉降。
该沉降是在土体的扰动下，从盾构机的开挖面到达测点的正下方开始到盾构机尾部通过沉降观测点该段时期产生的沉降(或隆起)。
第四阶段：盾尾空隙沉降。
该沉降产生于盾尾经过沉降观测点正下方之后。
土的密实度下降，应力释放是其土力学上的表现。
第五阶段：固结沉降，它是一种由地基扰动所产生的残余变形沉降。
经前人研究发现，第一阶段沉降占总沉降的0～4．5％，第二阶段沉降占总沉降的0～44％，第三阶段沉降占总沉降的15～20％，第四阶段沉降占总沉降的20～30％，第5阶段沉降占总沉降的5～30％。
2、地表沉降的因素影响分析该因素影响分析的平台是当前使用较为广泛的大型三维有限元分析软件ANSYS，盾构开挖面掘进引起的地表沉降的客观因素包括盾构直径、土体刚度、隧道埋深、施工状况等设计条件；而其主观因素包含施工管理、盾构机的选用形式、盾尾注浆、辅助施工方法等。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对地铁盾构施工中地面沉降是一个常见的问题，主要原因是盾构机挖掘地下隧道时，会对地下土层进行扰动和移动，导致地面沉降。
下面是对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行分析及应对方法的说明。
1. 地质条件不稳定：地质条件不稳定是导致地面沉降的主要原因之一。
在盾构施工中，如果遇到地下水位较高、土层松散、岩层不坚固等地质条件不稳定的情况，就容易导致地面沉降。
此时，可以通过加强地质勘察与分析，选择合适的盾构机和施工方法，以及采取加固措施等方法来应对。
2. 施工参数不合理：施工参数不合理也是导致地面沉降的原因之一。
在盾构施工中，如果施工参数设置不合理，如推进速度过快或者施工压力过大，就容易引起地下土层的不稳定，导致地面沉降。
需要在施工前进行合理的施工参数设计，并加强监测和调整，以避免地面沉降的发生。
3. 施工技术不当：施工技术不当也是导致地面沉降的原因之一。
在盾构施工中，如果操作不当或者施工方法不正确，就会对地下土层造成不必要的扰动和移动，导致地面沉降。
在施工前需要进行充分的技术培训和实践，以确保操作人员熟练掌握施工技术，并采取适当的施工措施。
1. 加强地质勘察与分析：在施工前需要对地质条件进行充分的勘察与分析，了解地下土层的情况，以选择合适的盾构机和施工方法，并采取合理的加固措施，以应对地面沉降的可能性。
2. 合理设置施工参数：在施工中需要根据地质条件和盾构机的性能特点，合理设置推进速度、施工压力等参数，以确保施工的安全与稳定，避免地面沉降的发生。
3. 加强监测与调整：在施工过程中需要密切监测地面沉降的情况，一旦出现地面沉降的情况，需要及时采取合适的调整措施，如降低推进速度、减小施工压力等，以减少地面沉降的程度。
4. 采取加固措施：在施工中可以采取一些加固措施，如喷浆加固、加设盾构机尾部加固框架等，以增加地下土层的稳定性，减少地面沉降的可能性。
地铁盾构施工中地面沉降是一个需要重视的问题。
盾构法施工地面沉降原因分析及控制方法
盾构 法施工地面沉 降原 因分析及控制方法
摘要 ： 文章主要结合城市轨道交通隧道盾构施工实践， 主要针对盾构法施工地面沉降原因进行 了分析 ， 并提出了有效的控制方法。
关键词： 隧道 ； 盾构 法施 工 ； 地 面沉 降 ； 原因； 控 制方 法
近年来， 我 国大型城市都开始兴建地下铁路系统。同时涌现出大量相关 物及地下管线情况，对上一阶段试设定的３ 组参数作慎密调整 以取得最佳参 数。 第３ 区段为４ ０ ｍ， 在路面或建筑群下。 这是正式掘进的准备阶段 ， 通过本区 可能危及周边建筑物和地下管线等的安全 ，造成严重的经济损失和社会影 段 的掘 进 ， 对 地 面沉 降 、 隧道轴 线 控制 、 衬砌 安 装质 量 等 基本 有 了各 项 控 制措 响。 因此 ， 如何控制好隧道施工 中地表沉降问题 ， 保护好城市建筑和周边环境 施 ， 施工参数也基本掌握 ， 能利用信 息反馈指导施工。
２ ． ２纠 偏 与 衬 砌 接 缝 防 水
量、 沉降范围、 沉降曲线最大坡度及最小曲率半径和对附近建筑设施的影响 ， 并分析影响沉降的各种因素 ， 以求施工中减少地层移动。 经分析研究认 为， 引
起地面沉降的基本原因是盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动。
１ ． １ 地 层 损 失
（ ２ ） 前舱压力设定。 应随隧道上复土厚度的变化而变化 ， 但如单凭理论土 压来设定前舱压力显然是不合适的。另外 ， 盾构机 内部的土压传感器和 自动 模式控制器存在系统误差 ， 所以在掘进中有必要将土 压力设定值进行调整 。 根据实际施工经验 ， 盾构机切 口前方 １ ． ５ Ｄ 十Ｈ（ Ｄ为盾构机外径 ， Ｈ为盾构 中 心 至地 面高度 ） 范 围 内地 面 的沉 降 情 况 与 土压 力 设 定值 密 切 相关 ， 所 以盾 构 前方地面沉降监测结果可直接反映土压力设定值与 自然土压力 的吻合程度 。 在实际的施工中， 可控制盾构机前的地面沉降量在负沉 陷０ ～ ２ ｍ ｍ， 如负沉降 过大则应适当调低压力设定值 ，如发生正沉降则应适当调高土压力设定值 。 合理设定土压力控制值 的同时应限制掘进速度 ， 如掘进速度过快 ， 螺旋输送 机转速相应值达到极限， 密封舱内土体来不及排出 ， 会造成土压力设定失控。 所以应根据螺旋输送机转速控制最高掘进速度 ， 一般控制在５ ｅ ｒ ｒ ｄ ｍ ｉ ｎ 以内。 （ ３ ） 同步 注浆 。 １ ） 合理配 比的浆料。 目前广州地铁土压力平衡式盾构采用的是隋性浆液 ， 由黄砂、 粉煤灰、 膨润土加水经合理配比、 充分搅拌而成 。 常规下浆液性质可用 稠度值控制， 取值范围为２ ０ ． ５ ～ １ １ ． ０ ， 每次拌浆必做测试， 不达标准不准下料 。 ２ ） 注 浆压 力 。 同步 注浆 压力 ， 从理 论上 只 需 使浆 液 压人 口的 压力 大 于该 处水 土压 力 之和 ， 即能 使建 筑 空 隙得 到足 够充 盈 。 压浆 压力 不 能太 大 ， 否 则会 对 周 围土 层造 成 劈裂 ， 管片 外 的土 层将 会被 浆 液 扰动 而 造成 较 大 的后 期 沉 降 及隧道本身的沉降。初始掘进阶段 ， 曾按１ ． ２ ｒ ０ ｈ （ ｒ ０ 为土密度 ， ｈ 为隧道上复土 厚度 ） 设定注浆压力 ， 以此摸索最佳参量 ， 实践表明该压力根本无法确保浆液 全 部 压入 ， 合 适 的 注浆 压力 应 视隧 道 的不 同埋 深 ， 以５ ～ ６×１ ０ ５ Ｐ ａ 为佳 ， 可 见实 践 与 理论 计算 有 较大 差距 。 究 其原 因 ， 一 是 浆液 管道 造 成压 力损 失 ， 二是 实 际 注 浆量 大 于理 论 注浆 量 。 ３ ） 压 浆位 置 。注 浆压 力一 般 取５ ～ ６×１ ０ ５ Ｐ ａ ， 其 对 管 片产 生 的 推力 可 达 到 ５ ０ ～ ６ ０ ｔ ／ ｍ ２ ， 选择好 分布于盾尾外壳６ 根浆管的压浆位置， 足以使 “ 飘 浮” 于浆 液的隧道尾端产生位移， 这样， 一可改善隧道轴线原有的偏差 ， 二可改善因管 片与盾尾卡壳 ， 不能 自若纠偏的状况（ 以不影响地层变化为前提 ） 。 ４ ） 跟踪注浆 。从广州地铁盾构施工的地面沉降观测资料可知 ， 盾构施工 后期沉降（ 盾尾后３ Ｄ 十Ｈ ＝ １ ９ ． ０ ２ ｍ范围外 ） 沉降发展速度虽然较慢 ， 但其 累计 值还是相当可观的， 占到总沉降量的５ ０ ％左右。后期沉降主要是土体的固结 沉降造成。对于地面有较重要 的建筑物来说 ， 利用跟踪压注固结浆液的方法 来控制后期沉降 ， 是一种效果良好且必须的手段。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对地铁盾构施工中地面沉降是一个常见的问题，它主要是由于盾构施工过程中的土体位移和压实引起的。
下面，将对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行分析，并提出相应的应对措施。
1. 地下水位变化：地下水位的变化是导致地面沉降的主要原因之一。
盾构施工过程中，隧道中的地下水会因为施工活动而发生变化，导致地下土体的水分含量发生变化，进而引起地面沉降。
在施工前进行地下水位监测，控制好盾构施工中的水文条件，可以有效减少地面沉降。
2. 土体位移：盾构施工中，隧道推进时会对周围土体施加巨大的水平压力，使得土体发生位移。
当土体的承载力不足以承受盾构的压力时，会发生沉降。
需要对地下土体的力学性质进行详细研究，选择合适的施工参数和技术方案，以避免土体发生过大的位移。
3. 土体压实：盾构施工过程中，施工机械会对土体进行挖掘和回填，这会对土体进行压实。
土体压实过程中，土壤颗粒间的间隙会发生变小，导致初始地面沉降。
在施工过程中需要控制好土体的压实过程，避免过度压实，以减少地面沉降。
针对以上的原因，可以采取一些应对措施，以减少地铁盾构施工中的地面沉降。
1. 合理控制地下水位：在施工前进行地下水位监测，并根据监测结果进行合理的调整，保持地下水位的稳定。
如果发现地下水位异常变化，及时采取补救措施，如进行加固和排水。
2. 采用适当的土体加固措施：根据土体力学性质的研究结果，选用合适的土体加固措施。
可以采用加固桩、土钉墙等方式对土体进行加固，增加土体的承载能力，减少地面沉降。
3. 控制土体压实过程中的施工参数：在施工过程中，合理选择施工参数，避免过度压实土体。
加强施工过程的监测和控制，及时调整施工参数，确保土体得到适度的压实，减少初始地面沉降。
4. 引入新技术和新材料：随着科技的进步，可以采用一些新技术和新材料来减少地面沉降。
采用可控压实技术对土体进行处理，可以减小土体的初始沉降；引入高效盾构机械和地铁车站的整体下沉技术等，也可以减少地面沉降的影响。
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对
地铁盾构施工中地面沉降原因分析及应对地铁盾构是一种常见的地下工程施工技术，能够有效地减少对地表的干扰，是地铁建设中的重要施工方法。
在地铁盾构施工过程中，地面沉降是一个常见的问题，给周围建筑、道路和地下管线等带来影响。
针对地铁盾构施工中地面沉降的原因进行分析，并提出相应的应对措施，对于保障地铁盾构施工的顺利进行和周围环境的安全非常重要。
1. 地质条件地质条件是地铁盾构施工中地面沉降的重要原因之一。
地下工程施工会对地下的土层和地下水体系产生一定的影响，尤其是在复杂地质条件下，地面沉降的风险更大。
在软土层和含水层的情况下，地下水的排泄和土层的变形会导致地面沉降。
2. 施工工艺3. 施工技术不当地铁盾构施工需要高超的技术水平和严谨的施工操作。
如果施工中存在操作不当、技术不到位等问题，会导致地面沉降。
施工机械的调整不合理、挖掘参数的选择不当等都会影响地面的稳定性，从而引起地面沉降。
4. 设计不合理地铁盾构工程的设计是施工的基础，如果设计不合理，会对施工和周围环境带来不利影响。
隧道的深度、施工方向、施工期限等设计不合理都会导致地面沉降问题。
二、地铁盾构施工中地面沉降的应对措施在地铁盾构施工前，需进行详细的地质勘探，了解地下情况，确定地下水位、土层特性、地下管线等信息，为施工后的地面沉降提前做好准备。
2. 采用适当的加固措施在施工过程中，采用适当的加固措施对地面沉降进行控制。
可以使用加固材料、加固桩等方式，增强地下土层的稳定性，减少地面沉降的风险。
控制施工工艺是减少地面沉降的有效措施。
在施工过程中，施工方需严格按照规定的工艺流程进行，避免过分开挖和挖掘不当等操作，减少对地下土层和地下管线的影响。
4. 严格控制施工参数施工参数的选择对地面沉降有重要的影响。
施工方需在施工前进行详细的施工参数计算，并严格控制施工参数的选择，确保施工的安全和地面沉降的控制。
5. 加强监测和管理在地铁盾构施工过程中，加强监测和管理是非常重要的。
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盾构施工地面沉降的控制技术现在对环境控制的要求越来越高，对盾构穿过城市中心重要建筑时的影响要求极为严格(如上海,广州的多座地铁隧道的建设.一般要求施工时地面沉降控制在+10mm~－30mm 之内) 。
盾构施工不可避免地干扰原土层的平衡状态，虽从理论上可实现无沉降施工，但限于目前工艺和施工手段、操作质量，几乎无法做到地面无沉降或隆起。
目前，国内外许多学者从事这一方面的研究，内容包括盾构施工引起的地表沉降、地层沉降以及盾构施工对邻近建筑物(桩基及已建隧道等)的影响等。
研究的方法主要有经验公式法、离心模型试验和有限元法等。
第一节盾构施工引起的沉降理论和基本规律1、盾构施工引起的沉降理论盾构施工必然扰动地层土体,引发地层损失、隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,这是构成地面沉降的根本原因.在软土地层中用盾构法施工隧道,因地层损失和土体扰动,必然引起地表变形.表现在盾构机掘进的前方和顶部会产生微量的隆起,盾构机部分通过地表开始下沉, 盾尾脱离后地表下沉加快,并形成一定宽度的沉降槽地带,下沉的速率随时间而逐渐衰减,且与盾构经过的地质,施工工况和地表荷载等有密切的关系,并表现出相当大的差异性。
土体的扰动或扰动土多是针对原状土而言，大体是指由于外界机械作用造成的土的应力释放，体积、含水量或孔隙水压力的变化，特别是土体结构或组构的破坏和变化(如填土路基等)[2]。
图5-1-1 盾构施工对土体的扰动盾构前进过程中需要克服盾构外壳与周围土体的摩擦力F1、切口切入土层阻力F2、盾构机和配套车架设备产生的摩擦力F3、管片与盾尾间的摩擦力F4、开挖面的主动土压力F5，当千斤顶推力T≥F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构前方土体经历加载阶段，产生如图5-1-1 所示的挤压扰动区①，开挖面受挤压作用引起土体压缩并使土体前移和隆起，盾构机工作正常时为此状况；当T＜F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构机处于静止状态，该状态对应于千斤顶漏油失控，土体严重超控，盾构机前方土体则要经历卸载阶段，产生土体向内临空面移动，地表出现下沉．为减少开挖面土体的扰动，应尽量保持密封舱内压力Pi 稍大于主动侧压力Ph 和水压力Pw 之和,开挖面正前方区域内土体由于刀盘的挤压搅削作用，将受到强烈的扰动而发生破坏，含水量降低，其力学参数将发生很大的变化。
盾构推进过程中盾壳与周围土体之间产生摩擦阻力，该力作用的结果则在盾壳周围土体中产生剪切扰动区②，该区的特点是范围较其它区小。
在剪切扰动区②以外，由于盾尾建筑间隙的存在，土体向间隙内移动，引起土体松动、塌落而导致地表下沉,盾构上方土体由于自重和地面超载(当有地面超载时)往下移动而形成卸荷扰动区③，该区内土体力学参数先降低,而后随土体的固结将有所增加，而盾构下方土体可能出现微量隆起，但由于衬砌、盾构机的重力压载作用，其移动大小可能表现不出来，该区则称为卸荷扰动区④，同样随着时间的延长，土体强度将有所回升。
盾构施工对土体的扰动主要表现为盾构对土体的挤压和松动、加载与卸载、孔隙水压上升与下降等所引起的土性的变异、地表隆起与下沉等,是引起地表沉降的基本原因。
2、盾构施工引起地表沉降的基本规律2.1.国内外学者从多个角度对地表沉降进行了大量的分析和研究1969 年P.B.Peck 第一次提出地层损失的概念，并建议用Gauss 分布函数，即Peck 公式来描述盾构法施工引起的地表沉降。
在离心模型试验方面，日本作了大量卓有成效的工作。
TOSHI NOMOTO[4]等人用离心模型试验对砂性土中盾构施工过程中土压力、纵横向地表沉降等进行了研究，发现衬砌周围的土压力与盾尾建筑空隙有关，间隙越大土压力越大，横向沉降槽可用Peck 公式，纵向沉降槽则可用与盾层建筑空隙有关的多项式描述。
J.Kuwano 等人利用离心模型研究了土钉加强粘土中的隧道施工引起的土体变形。
利用有限元方法研究盾构施工引起的土体变形方面，取得了显著成果，O.Y.EzzeIdine 在开罗地铁隧道建设前，开发了三维数值模型，能够考虑盾构施工过程，隧道周围的土体采用非线性本构模型，得出了地表最大位移和沉降槽的分布规律， G. Swoboda 等人开发了三维有限元程序，研究了盾构施工引起的周围土体超孔隙水压力的分布规律及随时间的消散过程，并且发现泥水压力与注浆压力对超孔隙水压力影响很大，这对优化盾构施工参数提供了依据。
国内许多学者曾致力于这一方面的研究，做了大量卓有成效的工作使其不断完善和发展。
同济大学在大量工程现场监测数据的基础上，考虑到土体扰动后固结沉降的变化规律，对计算横向沉降的Peck 公式进行了修正；刘建航院士提出了负地层损失的概念，并将地层损失分成开挖面和盾尾后的地层损失两部分，对计算纵向沉降的Peck 公式提出了自己的修正. 还有一些学者从施工扰动的角度研究盾构施工对周围环境的影响。
徐永福将盾构施工对土体的影响区分为应力扰动和应变扰动，并给出了施工影响度的定义以及盾构施工对土体的影响范围，结合上海观光隧道对其进行了研究，张孟喜用P—q—e 平面上的施工扰动度对盾构施工引起的土体特性的变异进行了研究。
2.2.沉降的基本规律国内外许多学者通过建立不同的分析模型,并结合大量的工程实测资料,从多个角度对地表沉降进行了分析和研究；根据盾构施工引起纵向地表沉降时间先后,按地表沉降变形曲线的形态,将纵向地表沉降划分为五个阶段(也有的按四个阶段划分)：即盾构到达前地表沉降、盾构到达时的地表沉降、盾构通过时的地表沉降、盾尾建筑空隙引起的沉降及后期地表固结沉降。
⑴盾构到达前地表沉降：盾构开挖面尚未到达测点以前的沉降或隆起，主要是由密封仓压力波动引起,当密封仓压力偏低时造成盾构开挖面应力释放,引起地面沉降；反之,开挖面土体挤压, 引起地面隆起。
⑵盾构到达时的地表沉降：开挖面到达测点,周围土体因开挖卸荷(应力释放)导致弹性或塑性变形发生, 引起地面沉降；如开挖面设定压力过大时,产生隆起。
⑶盾构通过时的地表沉降：开挖面到达测点至盾尾离开测点期间发生的沉降或隆起.主要是由于盾壳向前移动过程中盾壳对地层的摩擦和剪切作用所引起，盾壳外壳表面在施工过程中被粘附上一层黏土或浆液,是盾壳体外周尺寸实际增大,从而增大了盾构建筑空隙,亦增加了地表变形。
⑷盾尾建筑空隙引起的沉降：盾尾离开测点后发生的沉降。
由于盾构机外径大于管片外径, 盾尾离开测点后,在地层中遗留下来的建筑空隙就需要填充,以控制地表变形.但往往因盾尾壁后注浆不及时或注浆量,注浆压力,注浆部位,浆液配比和材料方面不适当,使建筑空隙未能及时填充形成支撑,盾尾脱出后,无支撑能力的软土不能自立,自行填充建筑空隙,造成地层应力释放。
另外,盾构在平面或高程纠偏过程中所引起的单侧土体附加应力在盾尾脱出后亦发生应力释放,最后反映到地表沉降变形上来。
⑸后期地表固结沉降：盾尾脱出约一周后的地表沉降。
主要由底土蠕变而产生的塑性变形，包括超孔隙水压消散引起的主固结沉降和土体骨架蠕变引起的次固结沉降。
国内外不同文献对地表沉降各个阶段的称谓不同,图表对比如下:图5-1-2 盾构推进中沿隧道纵向的地面沉降组成盾构施工引起地表沉降发展阶段对比表表5-1-1项目阶段产生沉降原因百分比(%)应力扰动变形机理发生时空段不同称谓1 先期沉降开控面前方滑裂面以远土体因地下水位下降而导致土体固结沉降。
正前方土体受压致密，孔压消散，土体压缩模量增大。
0.0～4.5超孔压产生，有效应力降低土体压缩产生弹塑性变形盾构刀盘到达切口前3 ～12m初期沉降盾构到达前沉降开挖面前方土体隆起2盾构到达达时沉降周围土体因开挖卸荷[应力释放)导致弹性或塑性变形发生。
开挖面设定压力过大时产生隆起0.0～44.0孔隙水压力消散，有效应力增大孔隙比随小，土体固结刀口前3m～切口后1m挖面沉降，切口前向方沉降或隆起，初始沉降3盾构通过对沉降推进时盾壳和土层间的摩擦剪切力导致土体向盾尾空隙后移、仰头或叩头时纠偏。
此时周边土体超孔隙水压力达到最大，推进速度和管背注浆对其也有影响0.0～38.0(15～20)土体应力释放弹塑性变形盾尾通过切口后1m～盾尾脱出尾部沉降4 盾后空隙沉降后部空隙增加且沉陷、底土扰动20.0～100(20～30)土体应力释放弹塑性变形盾尾通过后〔盾尾脱出至继续推进4m)建筑空隙引起的沉降／／尾部空隙沉降／／通过后瞬时沉降5 长期延续沉降底土蠕变而产生的塑性变形，包括超孔隙水压消散引起的主固结沉降和土体骨架蠕变引起蛇次固结沉降4.0～32.0(5～30)( ＞50 )土体应力松弛蠕变压缩盾尾通过后约100 小时产生的沉降滞后沉降，土体次固结沉降，地表后期固结变形注：a. 表中第四栏的百分比表示该阶段沉降占总沉降的比值,这一数字仅为参考数据,与实际有一定出入,有时相差很大；b. 关于长期延续沉降历占最终沉降量的百分比在参阅文献中变化较大，表中列出了部分情况。
第二节盾构施工引起的沉降原因分析无论是在施工阶段还是在基本营运阶段，隧道都会有发生沉降，而且由于地质条件和施工条件沿隧道线路的变化，隧道沉降又往往是不均匀的，其对地铁或交通隧道的长期正常工作的影响是不利的。
从理论上讲,盾构施工引起的隧道周围地表沉降是指主固结沉降,次固结沉降和施工沉降(也称瞬时沉降)三者之和。
主固结沉降为超孔隙水压力消散引起的土层压密，次固结沉降是由于土层骨架蠕动引起的剪切变形沉降，施工沉降(也称瞬时沉降)主要指盾后空隙沉降。
影响盾构隧道地表沉降因素很多,盾构施工时影响地表沉降的因素涉及土层基本条件(分布形式、地下水位分布、土的工程特性等)、设计基本要素(轴线线型、埋藏深度等)、盾构型式(土压/水压/气压式)及规格尺寸、盾构施工的操作控制质量等诸多因素。
具体来说，主要有地层性质、覆土厚度、开挖模式、压力仓(渣土仓,泥水仓等)压力、出土量及盾构推进速度、掘进中的地层损失、盾尾注桨开始时间、注浆量和注浆压力、隧道衬砌在土压力作用下产生变形及沉降引起少量的地层损失，受扰土体的固结等，地表沉降是这些因素综合影响的结果 ,分别阐述如下:1.地层性质在岩土甚至一些软岩非挤压地层的隧道中，沿隧道纵向发生的不均匀变形很小，对隧道还未发现能构成大的危害；但在含水松软地层(粘土,软粘土)中,特别是在饱和含水、灵敏度较高的软土地区，施工阶段对土的扰动及使用阶段沿线新建工程的影响，使得隧道的不均匀沉降不容忽视；并且,地层分布越不均匀对隧道的纵向沉降不均匀性的影响越大。
盾构施工过程中,不可避免的会扰动地下原状土,改变地下水位的分布,地下水位的改变,引起土的固结沉降。
这在饱和含水、灵敏度较高的软土地区施工中应密切注意。
2.覆土厚度在含水松软地层(粘土,软粘土)中,特别是在饱和含水、灵敏度较高的软土地区，覆土过浅地层变形较小,且对盾构掘进的安全不利；覆土厚度较大时,掘进时地面沉降较小,但是随着时间的地层蠕变较大,地层的沉降不可忽视。