砂礫地層土壓平衡盾構(gòu)施工地表沉降控制措施

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100010）

1 工程概況

本工程盾構(gòu)施工中，現(xiàn)場適配2臺盾構(gòu)機，一家村站大小里程端均為盾構(gòu)始發(fā)井。首先由一家村站大里程盾構(gòu)井完成左線盾構(gòu)機吊裝、組裝，調(diào)試過程中完成右線盾構(gòu)機吊裝、組裝，完成雙線始發(fā)、掘進；然后在東二環(huán)路站小里程盾構(gòu)井接收，轉(zhuǎn)場至一家村站小里程盾構(gòu)井完成二次始發(fā)，成吉思汗公園站大里程盾構(gòu)井接收。聯(lián)絡通道施工在區(qū)間完成后進行。

2 盾構(gòu)掘進

2.1 掘進施工參數(shù)

隧道范圍內(nèi)地層主要為圓礫、砂礫層，由于處于始發(fā)掘進階段，推進速度初始設定為＜20mm/min，初始設定刀盤轉(zhuǎn)速應＜1.0r/min。正常掘進時推進速度為30～50mm/min。根據(jù)工程情況，確定盾構(gòu)最大推進速度80mm/min。

2.2 方向控制

盾構(gòu)機運行階段，水平向左偏時有必要提升左側(cè)千斤頂油壓力；若存在右偏現(xiàn)象，宜適當提升右側(cè)千斤頂油壓力。豎直方向控制與水平方向控制相同。

2.3 盾構(gòu)調(diào)整注意事項

1）刀盤換向時速度需得到合理控制，速度不可過快。

2）從地面、地層情況出發(fā)，在此基礎上靈活調(diào)整推進工藝參數(shù)，有效控制盾構(gòu)施工誤差。

3）蛇形修正工作中，采取長距離慢修方式。處于直線推進施工環(huán)境中時，調(diào)節(jié)盾構(gòu)機位置，其需要與軸線前方一點共線，并將其作為基準線，以便展開線形管理工作。若處于曲線推進作業(yè)環(huán)境中，盾構(gòu)機與前方一點形成連線，并與設計曲線保持相切的關系。

3 土壓盾構(gòu)施工中地表沉降原因分析

3.1 開挖面土體的三維移動

施工作業(yè)的持續(xù)推進會對開挖面造成不同程度影響，如果開挖面承受的支護壓力偏小且未達到土體原始側(cè)向應力，土體將發(fā)生向盾構(gòu)內(nèi)移動的現(xiàn)象，隨之出現(xiàn)地層損失，致使盾構(gòu)上方土層發(fā)生較明顯沉降。反之，如果開挖面承受的支護壓力明顯偏大，施工中則會發(fā)生土體向前移動的現(xiàn)象，出現(xiàn)負地層土層損失，最終使得盾構(gòu)上方土層表現(xiàn)出隆起的問題[1]。

3.2 盾構(gòu)后退

盾構(gòu)后退過程中，會對開挖面土體造成影響，使其出現(xiàn)坍落或松動現(xiàn)象，嚴重時會引發(fā)地表沉降。若針對土層采取降水疏干措施，那么土體所受應力會呈現(xiàn)明顯提升的趨勢，不利于土體固結(jié)，使其發(fā)生大范圍變形。

3.3 土體擠入盾尾空隙

控制刀盤直徑是順利完成盾構(gòu)施工作業(yè)的關鍵，其應比盾體直徑稍大一些，但在此影響下，盾體周邊將產(chǎn)生較明顯的環(huán)狀空隙。若土體發(fā)生變形，將出現(xiàn)擠向盾體的現(xiàn)象，加之地層的不斷移動，最終引發(fā)地表沉降。當盾尾無法對管片襯砌實現(xiàn)有效保護時，將對襯砌外圍造成影響，該處形成建筑空隙，若不能及時向空隙內(nèi)注漿，也會引起地層移動從而造成地表出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。

3.4 盾構(gòu)推進方向的調(diào)整

盾構(gòu)施工過程中，仰頭推進與曲線推進作業(yè)均容易對實際開挖面形狀造成影響，相較于設計形狀而言存在明顯偏差，隨之出現(xiàn)地層損失。此外，盾殼移動通常會與地層發(fā)生劇烈的摩擦，并伴有剪切作用，此時也會出現(xiàn)地層土體損失現(xiàn)象。

4 地表沉降監(jiān)測

4.1 監(jiān)測點布置

1）沿隧道軸線有序設置測點，始發(fā)與接收段各測點間距為10m；在地表建筑物、管線密集區(qū)域，點間距按10m；其他區(qū)域點間距按15m。

2）考慮地下管線豎向位移情況，在此基礎上合適布設測點。

3）在始發(fā)和接收段、聯(lián)絡通道等部位設主測斷面，影響范圍按1倍隧道埋深考慮，布置7～11個點。

4.2 監(jiān)測方法、數(shù)據(jù)采集及分析處理

布設導線網(wǎng)，通過平差處理有助于提升觀測精度，準確掌握各點的高程情況。正式施工前，做好對各個觀測點的測量工作，獲得其初始高程H0，后續(xù)施工過程中，求得實際高程Hn，則高差ΔH＝Hn－H0即為累計沉降值[2]。

5 盾構(gòu)施工時地面變形控制

5.1 變形控制標準

地表沉降控制的一般標準：地表最大下沉值30mm；隆起量10mm。根據(jù)所在區(qū)域相關部門對于地下管線所做的規(guī)定，考慮管線差異沉降情況，確定最大值。

5.2 變形控制措施

5.2.1 保持盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定

調(diào)整掘進參數(shù)有助于提升盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定性。工程中涉及的掘進參數(shù)較多，如土倉壓力、千斤頂推力、注漿量、推進速度、漿液性能、盾構(gòu)姿態(tài)等。為實現(xiàn)對各項工藝參數(shù)的全面優(yōu)化，相關人員應準確掌握盾構(gòu)機性能，通過監(jiān)測手段獲得地面變形曲線情況，在此基礎上驗證施工參數(shù)的合理程度，針對不足之處做出靈活調(diào)整?；趯ν七M速度、排土量的改進，有助于調(diào)節(jié)倉壓力與地層壓力，使其達到相對均衡的狀態(tài)。

5.2.2 同步注漿與二次注漿

為有效控制地面沉降現(xiàn)象，需及時對脫出盾構(gòu)后的襯砌背面環(huán)形空隙展開注漿作業(yè)。以地質(zhì)情況為準，確定合適的注漿工藝參數(shù)，確保注漿質(zhì)量。

經(jīng)上述操作后，展開二次壓漿處理，主要目的在于彌補同步注漿不足之處，有效控制地表沉降現(xiàn)象，為盾構(gòu)穿越建筑物與地下管線創(chuàng)設穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境，有效避免地面沉降。

5.2.3 注意盾構(gòu)在曲線上推進及盾構(gòu)糾偏

盾構(gòu)設備處于曲線推進工作狀態(tài)時，土體對于盾構(gòu)及隧道的約束力將明顯減弱，加大了盾構(gòu)軸線控制難度，為確保施工安全與工程質(zhì)量，需適當放慢推進速度，單次糾偏量需得到有效控制，允許適當提升注漿量，采取多次糾偏處理，最大程度降低地層損失，避免大范圍地面沉降[3]。

5.2.4 基于監(jiān)測結(jié)果加固建（構(gòu)）筑物

立足于建筑物的結(jié)構(gòu)特點，綜合考慮沉降敏感程度與沉降許可范圍，在此基礎上合理設置箱涵變形警戒值。創(chuàng)建可靠的監(jiān)測網(wǎng)，將其作為主要的信息獲取途徑，根據(jù)實際情況及時跟蹤注漿。此外，還需要在建筑物周邊創(chuàng)建觀測網(wǎng)，實現(xiàn)對變形情況的實時監(jiān)測，獲得相關信息并作為現(xiàn)場施工作業(yè)的基本指導。

5.2.5 盾構(gòu)穿越粉砂、圓礫地層

粉砂圓礫地層具有特殊性，因此盾構(gòu)穿越該處時需要保持平穩(wěn)的姿態(tài)，最大程度降低對土體的擾動，降低渣土中水的比例，向土體中加入適量的膨潤土泥漿、泡沫劑等改善渣土和易性。

5.2.6 盾構(gòu)掘進時避免地表塌陷

綜合考慮地質(zhì)情況、隧道埋深等多方面因素，確定土倉平衡土壓力，不可出現(xiàn)明顯波動線性；創(chuàng)建渣土改良系統(tǒng)，合理選擇外加劑，如優(yōu)質(zhì)膨潤土等，在其作用下改進砂卵石土性能，使其具有較好的流塑性與止水性，保證所得開挖面足夠穩(wěn)定；施工中注重對出土量的控制，不可出現(xiàn)超挖現(xiàn)象；合理調(diào)節(jié)盾構(gòu)姿態(tài)，但要避免超量糾偏行為。根據(jù)施工要求，及時做好同步注漿作業(yè)，要求注漿壓力與注漿量與工程實際情況相符；若地表沉降偏大，需展開二次注漿作業(yè)。注重對施工現(xiàn)場的監(jiān)控，分析監(jiān)測資料，以此為參考調(diào)節(jié)盾構(gòu)掘進參數(shù)。

6 結(jié)語

綜上所述，本文對砂礫石地層采取土壓平衡盾構(gòu)施工技術進行了相關研究，分析了地形沉降的影響因素，同時為避免發(fā)生地表沉降對該技術提出了相應的改進措施，希望能夠為類似施工提供借鑒。