砂砾地层土压平衡盾构施工地表沉降控制措施

2020-01-16

中国建材科技 2020年2期

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100010）

1 工程概况

本工程盾构施工中，现场适配2台盾构机，一家村站大小里程端均为盾构始发井。首先由一家村站大里程盾构井完成左线盾构机吊装、组装，调试过程中完成右线盾构机吊装、组装，完成双线始发、掘进；然后在东二环路站小里程盾构井接收，转场至一家村站小里程盾构井完成二次始发，成吉思汗公园站大里程盾构井接收。联络通道施工在区间完成后进行。

2 盾构掘进

2.1 掘进施工参数

隧道范围内地层主要为圆砾、砂砾层，由于处于始发掘进阶段，推进速度初始设定为＜20mm/min，初始设定刀盘转速应＜1.0r/min。正常掘进时推进速度为30～50mm/min。根据工程情况，确定盾构最大推进速度80mm/min。

2.2 方向控制

盾构机运行阶段，水平向左偏时有必要提升左侧千斤顶油压力；若存在右偏现象，宜适当提升右侧千斤顶油压力。竖直方向控制与水平方向控制相同。

2.3 盾构调整注意事项

1）刀盘换向时速度需得到合理控制，速度不可过快。

2）从地面、地层情况出发，在此基础上灵活调整推进工艺参数，有效控制盾构施工误差。

3）蛇形修正工作中，采取长距离慢修方式。处于直线推进施工环境中时，调节盾构机位置，其需要与轴线前方一点共线，并将其作为基准线，以便展开线形管理工作。若处于曲线推进作业环境中，盾构机与前方一点形成连线，并与设计曲线保持相切的关系。

3 土压盾构施工中地表沉降原因分析

3.1 开挖面土体的三维移动

施工作业的持续推进会对开挖面造成不同程度影响，如果开挖面承受的支护压力偏小且未达到土体原始侧向应力，土体将发生向盾构内移动的现象，随之出现地层损失，致使盾构上方土层发生较明显沉降。反之，如果开挖面承受的支护压力明显偏大，施工中则会发生土体向前移动的现象，出现负地层土层损失，最终使得盾构上方土层表现出隆起的问题[1]。

3.2 盾构后退

盾构后退过程中，会对开挖面土体造成影响，使其出现坍落或松动现象，严重时会引发地表沉降。若针对土层采取降水疏干措施，那么土体所受应力会呈现明显提升的趋势，不利于土体固结，使其发生大范围变形。

3.3 土体挤入盾尾空隙

控制刀盘直径是顺利完成盾构施工作业的关键，其应比盾体直径稍大一些，但在此影响下，盾体周边将产生较明显的环状空隙。若土体发生变形，将出现挤向盾体的现象，加之地层的不断移动，最终引发地表沉降。当盾尾无法对管片衬砌实现有效保护时，将对衬砌外围造成影响，该处形成建筑空隙，若不能及时向空隙内注浆，也会引起地层移动从而造成地表出现沉降现象。

3.4 盾构推进方向的调整

盾构施工过程中，仰头推进与曲线推进作业均容易对实际开挖面形状造成影响，相较于设计形状而言存在明显偏差，随之出现地层损失。此外，盾壳移动通常会与地层发生剧烈的摩擦，并伴有剪切作用，此时也会出现地层土体损失现象。

4 地表沉降监测

4.1 监测点布置

1）沿隧道轴线有序设置测点，始发与接收段各测点间距为10m；在地表建筑物、管线密集区域，点间距按10m；其他区域点间距按15m。

2）考虑地下管线竖向位移情况，在此基础上合适布设测点。

3）在始发和接收段、联络通道等部位设主测断面，影响范围按1倍隧道埋深考虑，布置7～11个点。

4.2 监测方法、数据采集及分析处理

布设导线网，通过平差处理有助于提升观测精度，准确掌握各点的高程情况。正式施工前，做好对各个观测点的测量工作，获得其初始高程H0，后续施工过程中，求得实际高程Hn，则高差ΔH＝Hn－H0即为累计沉降值[2]。

5 盾构施工时地面变形控制

5.1 变形控制标准

地表沉降控制的一般标准：地表最大下沉值30mm；隆起量10mm。根据所在区域相关部门对于地下管线所做的规定，考虑管线差异沉降情况，确定最大值。

5.2 变形控制措施

5.2.1 保持盾构开挖面的稳定

调整掘进参数有助于提升盾构开挖面的稳定性。工程中涉及的掘进参数较多，如土仓压力、千斤顶推力、注浆量、推进速度、浆液性能、盾构姿态等。为实现对各项工艺参数的全面优化，相关人员应准确掌握盾构机性能，通过监测手段获得地面变形曲线情况，在此基础上验证施工参数的合理程度，针对不足之处做出灵活调整。基于对推进速度、排土量的改进，有助于调节仓压力与地层压力，使其达到相对均衡的状态。

5.2.2 同步注浆与二次注浆

为有效控制地面沉降现象，需及时对脱出盾构后的衬砌背面环形空隙展开注浆作业。以地质情况为准，确定合适的注浆工艺参数，确保注浆质量。

经上述操作后，展开二次压浆处理，主要目的在于弥补同步注浆不足之处，有效控制地表沉降现象，为盾构穿越建筑物与地下管线创设稳定的作业环境，有效避免地面沉降。

5.2.3 注意盾构在曲线上推进及盾构纠偏

盾构设备处于曲线推进工作状态时，土体对于盾构及隧道的约束力将明显减弱，加大了盾构轴线控制难度，为确保施工安全与工程质量，需适当放慢推进速度，单次纠偏量需得到有效控制，允许适当提升注浆量，采取多次纠偏处理，最大程度降低地层损失，避免大范围地面沉降[3]。

5.2.4 基于监测结果加固建（构）筑物

立足于建筑物的结构特点，综合考虑沉降敏感程度与沉降许可范围，在此基础上合理设置箱涵变形警戒值。创建可靠的监测网，将其作为主要的信息获取途径，根据实际情况及时跟踪注浆。此外，还需要在建筑物周边创建观测网，实现对变形情况的实时监测，获得相关信息并作为现场施工作业的基本指导。

5.2.5 盾构穿越粉砂、圆砾地层

粉砂圆砾地层具有特殊性，因此盾构穿越该处时需要保持平稳的姿态，最大程度降低对土体的扰动，降低渣土中水的比例，向土体中加入适量的膨润土泥浆、泡沫剂等改善渣土和易性。

5.2.6 盾构掘进时避免地表塌陷

综合考虑地质情况、隧道埋深等多方面因素，确定土仓平衡土压力，不可出现明显波动线性；创建渣土改良系统，合理选择外加剂，如优质膨润土等，在其作用下改进砂卵石土性能，使其具有较好的流塑性与止水性，保证所得开挖面足够稳定；施工中注重对出土量的控制，不可出现超挖现象；合理调节盾构姿态，但要避免超量纠偏行为。根据施工要求，及时做好同步注浆作业，要求注浆压力与注浆量与工程实际情况相符；若地表沉降偏大，需展开二次注浆作业。注重对施工现场的监控，分析监测资料，以此为参考调节盾构掘进参数。