上軟下硬復(fù)合地層盾構(gòu)施工地表沉降控制探討

尹業(yè)兵，劉銳，張立

（中建隧道建設(shè)有限公司，長(zhǎng)沙410000）

1 引言

在上軟下硬復(fù)合地層開(kāi)展盾構(gòu)施工時(shí)，由于在上軟下硬復(fù)合地層的巖石開(kāi)挖難度大，且施工周期長(zhǎng)，通常需要大土倉(cāng)壓力確保開(kāi)挖面穩(wěn)定性，所以必須建立合理的土倉(cāng)壓力[1]。由于盾構(gòu)機(jī)上下部受力不均勻，會(huì)對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)造成較大影響，且刀具從軟土層向硬巖石層轉(zhuǎn)化時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)自轉(zhuǎn)，擾動(dòng)隧道附近巖土層，所以必須控制盾構(gòu)施工的地表沉降問(wèn)題。

2 工程概況

某市區(qū)軌道交通施工項(xiàng)目線路全長(zhǎng)為22.8km，共計(jì)20站，站間距為1.25km，均為地下站，且包括4 座換乘站。項(xiàng)目結(jié)構(gòu)頂板穿越地層依次為黏土層、中風(fēng)化灰?guī)r層、全風(fēng)化頁(yè)巖層；結(jié)構(gòu)底板位于黏土層、全風(fēng)化頁(yè)巖層、中風(fēng)化灰?guī)r層以及強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖層。項(xiàng)目處于斷裂構(gòu)造區(qū)域、褶皺構(gòu)造區(qū)域以及地震帶，地質(zhì)條件復(fù)雜，且風(fēng)化巖和溶洞問(wèn)題嚴(yán)重。

3 地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案

硬質(zhì)地表沉降監(jiān)測(cè)通常應(yīng)用半圓頭鋼筋制作而成，選取鉆芯機(jī)鉆透路面結(jié)構(gòu)層，鉆孔直徑設(shè)置為15cm，將沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在孔內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)處理，以免車(chē)輛碾壓。土質(zhì)地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)打入鋼筋，之后使用混凝土進(jìn)行固定處理。

在該區(qū)間內(nèi)盾構(gòu)范圍內(nèi)，沿著隧道每相隔5m 設(shè)置一個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每相隔30m 設(shè)置斷面，當(dāng)穿越風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)時(shí)需要設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。并且通過(guò)全站儀放線測(cè)量隧道，明確地表斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖1 所示。

3.1 監(jiān)測(cè)頻率和控制標(biāo)準(zhǔn)

該項(xiàng)目于2018 年1 月開(kāi)始監(jiān)測(cè)地表沉降問(wèn)題，監(jiān)測(cè)點(diǎn)與開(kāi)挖面的水平距離為L(zhǎng)，隧道開(kāi)挖直徑為D，施工允許沉降量為±20mm，沉降速率為±7mm/d。

圖1 橫斷面上的地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2 沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析包括以下2 方面：

1）斷面沉降規(guī)律。此次所研究的區(qū)間內(nèi)，斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完整，在均勻分布在研究段上，選取4 個(gè)斷面為代表，對(duì)斷面地表沉降規(guī)律進(jìn)行分析，結(jié)果如表1 所示。

表1 橫斷面地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果mm

分析表1 可知：（1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)近似正態(tài)分布，在單線施工時(shí)，所導(dǎo)致的地表沉降事件獨(dú)立，雙線橫斷面地表沉降會(huì)由不同線先后施工所致地表沉降加劇；（2）由于隧道巖層位于上軟下硬復(fù)合地層，再加上盾構(gòu)施工對(duì)于地層穩(wěn)定性影響較大，所以斷面地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)滿足正態(tài)函數(shù)曲線要求。

2）縱斷面沉降規(guī)律。從研究結(jié)果可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)盾構(gòu)位于中風(fēng)化石灰?guī)r夾層，且厚度比較大，局部含有大量裂隙水，從而形成裂隙水導(dǎo)水通道。盾構(gòu)施工遭遇軟硬結(jié)合面時(shí)，沒(méi)有及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，引起周邊巖土層擾動(dòng)，且產(chǎn)生涌水問(wèn)題，裂隙水低于地下水位，從而導(dǎo)致地表沉降問(wèn)題發(fā)生。

4 盾構(gòu)施工地表沉降的控制措施

4.1 上軟下硬地層地表沉降控制

上軟下硬地層地表沉降控制措施包括：

1）控制土倉(cāng)壓力和出土量。由于復(fù)合型地層施工會(huì)對(duì)上部軟弱層造成較大擾動(dòng)影響，且土倉(cāng)壓力提供開(kāi)挖面支護(hù)力，以此確保掌子面水土壓力平衡。所以必須合理設(shè)置土倉(cāng)壓力，并且按照隧道埋深。不同地質(zhì)情況以及沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整?？梢酝ㄟ^(guò)改變掘進(jìn)速度和出土量控制土倉(cāng)壓力。

2）控制盾構(gòu)推力。盾構(gòu)施工進(jìn)入到硬巖地層時(shí)，會(huì)相應(yīng)加大地層下部阻力，此時(shí)就會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)磕頭問(wèn)題。所以在掘進(jìn)施工時(shí)應(yīng)當(dāng)加大千斤頂推力，并且盾構(gòu)上侵推進(jìn)[2]。

3）控制注漿因素。盾構(gòu)機(jī)施工期間，注漿壓力大就會(huì)破壞上覆層軟弱層，還會(huì)導(dǎo)致管片變形，對(duì)盾構(gòu)施工安全性造成較大影響。當(dāng)壓力比較小時(shí)，漿液不會(huì)進(jìn)入到巖體間隙層，此時(shí)需要按照上部軟弱層合理設(shè)置注漿壓力，按照標(biāo)準(zhǔn)要求控制漿液材料的含水量、黏稠度以及顆粒度。

4.2 地層改良控制措施

地層改良控制措施包括：

1）軟弱層改良措施。在改良軟弱地層時(shí)，可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：（1）盾構(gòu)機(jī)通過(guò)上軟下硬段之前，必須注重軟弱層加固處理；（2）隧道內(nèi)軟弱層與開(kāi)挖面加固處理。在對(duì)地表軟弱層進(jìn)行加固處理時(shí)，可以通過(guò)注漿及錨固等方式，但是地表?xiàng)l件會(huì)影響支護(hù)效果。在隧道內(nèi)實(shí)施軟弱層加固時(shí)，需要通過(guò)注漿方式加固[3]。

2）硬巖層改良措施。由于上軟下硬段也存在硬巖層，改變盾構(gòu)姿態(tài)，且盾構(gòu)刀盤(pán)開(kāi)挖面的巖土層切削程度不相同，此時(shí)就會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖面與隧道巖土層損失。所以在盾構(gòu)掘進(jìn)期間，當(dāng)存在局部硬巖石層時(shí)，需要在地表應(yīng)用豎井開(kāi)挖、沖孔樁機(jī)等方式，破除局部硬巖石，以此提升局部硬巖石清理效果。

4.3 合理排放地下水

隧道工程建設(shè)期間需要排放地下水，若施工人員沒(méi)有注重該項(xiàng)操作的合理性，將會(huì)對(duì)土層穩(wěn)定性和強(qiáng)度造成影響?；谝陨戏矫妫谑┕て陂g必須加強(qiáng)土層穩(wěn)定性，注重地下水排放的合理性。施工技術(shù)人員可以按照工程實(shí)際情況采用地下滲水封堵或阻斷方式，適當(dāng)減少排水時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于盾構(gòu)施工穿越上軟下硬復(fù)合地層時(shí)，極易出現(xiàn)地表沉降問(wèn)題，所以本文提出地表沉降控制措施包括上軟下硬地層地表沉降控制、地層改良控制措施以及合理排放地下水等，希望能夠全面控制盾構(gòu)施工的地表沉降問(wèn)題。