盾构连续穿越浅基础密集建筑群施工技术研究

淦述许

（中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司，上海 200135）

盾构掘进施工环境复杂，施工过程中会使地表发生不同程度的沉降，通过进行同步注浆、二次注浆等有效措施，填充管片与土体之间的间隙，合理有效的控制沉降量，确保盾构掘进安全、有序地进行施工。

1 工程案例

苏州轨道VI-TS-04标盾构区间右线长772.600 m，左线长775.192 m，区间设1处联络通道兼泵房。区间隧道顶覆土厚度12.5~19 m，埋深段穿越④2粉砂、⑤1粉质粘土、⑥1黏土。区间隧道纵断面采用“V”型节能坡布置，先后下穿大观花园临街商铺C、临街商铺B、临街商铺A、大观名园综合楼，侧穿大观名园24#楼、大观名园23#楼、观园桥，然后下穿西塘河、清塘别墅11#楼、清塘别墅2#楼、清塘别墅会所、清塘别墅4#楼，侧穿清塘别墅12#楼、清塘别墅3#楼，最后到达清塘路站，孔隙潜水主要赋存于①2层素填土及③1层粘性土层中，本场地微承压水含水层为③3粉土和④2粉土、粉砂层，承压水含水层主要为⑦2粉土夹粉砂层。

沿线侧穿/正穿建筑物密集，基础形式大多为条形基础，埋深较浅，对地基沉降较为敏感；区间穿越西塘河后，全断面粉土层转为全断面砂层，地质条件变化大，如何控制地面以及周边建筑物沉降是施工的一个难点；区间下穿众多管线，主要为燃气、给水、雨水、弱电、电力等。在此条件下，在盾构掘进过程中对建筑物及周边地表的沉降控制提出更高的难题。

2 沉降监测

地表中心轴线沉降点控制在-15.09（L470环）~4.43 mm（L545环） 之间，横断面地表沉降点控制在-15.09（DBZ470-6）~4.76 mm（DBZ550-3）。盾构掘进期间对地表的影响较小，监测点数据均未超标，处于稳定状态。地表中心轴线沉降曲线如图1所示，横断面地表沉降累计沉降曲线如图2所示。

图1 地表中心轴线沉降

图2 横断面地表沉降累计沉降

建 筑 物 控 制 在-12.16（JZ11-6） ~4.05 mm（JZ1-7）之间。盾构掘进期间对周边建筑物基本无影响，监测点数据均未超标，处于稳定状态。建筑物商铺C累计沉降量曲线如图3所示。

图3 建筑物商铺C累计沉降量曲线图

（1）沉降控制标准。盾构穿越建筑物沉降控制标准如下表1所示。

表1 盾构穿越建筑物沉降控制标准

3 盾构施工引起地面沉降主要影响因素分析

3.1 覆土厚度与盾构外径的影响

在隧道中存在不可控盾构，许多因素可以近似盾构直径的大小，一般情况下，盾构直径是动态的，盾构的外径是波长、盾构、波动的同波层土壤，作为沉淀池地表沉积物的宽度、深度以相同的比例增加，隧道衬砌的厚度与盾构外径之间存在方向相反的影响，即衬砌厚度越大，外径越小，地面沉降便越小。

3.2 地面沉降的特性

盾构的建造涉及多种类型的土层，其中大部分位于中间节点。不同层的土壤具有不同的物理性质，在盾构施工中表现出来的旋转现象也有所不同。在软土层中，通过砂层的绝缘系数相对较低，沉积物较低。由于盾构结构的不同，穿越不同土块时地面降水的影响也不同。与粘土层相比，砂层具有更低和更宽的沉降系数。

3.3 地下水侵蚀因子

在隧道施工中，冲蚀导致地下水位下降，盾构隧道施工的地基稳定性较差，尤其是桩基较大的地基，气泡形成的物质凹陷侵蚀最为严重。地下水、盾构、地层波动显著的现象，当机长做盾构时，地下水会通过隧道盾构达到挖掘尺寸，使地铁隧道的方向与水相连。在水的渗透作用下，绝缘层的水平面下降，地下水位的水平面也下降。如果地铁隧道表面土层松散，密封不好，在盾构施工过程中很容易形成上下连通的水力通道，随着盾构机的推进，结果是地面的压实。

4 盾构隧道施工引起的地表沉降优化措施

4.1 盾尾注浆

在盾构隧道施工中，常用的盾构注入方法有两种：同步注入和二次注入。盾构端注浆的主要作用是有效控制盾构叶片的位移和变形，从而保证掘进过程中路面结构的稳定性。此外，在盾构末端注入浆液可以进一步增强隧道本身的抗渗能力，从而减少实际土壤流失，解决地表沉积问题。①灌装压力。盾构隧道施工过程中，表层位移与注入压力密切相关。如果注入过程中压力过高，盾构叶片会产生瞬时压力，从而导致土壤开裂。如果压力低于常压，注入回填速度不足以及时完成回填，可能导致土体向隧道方向位移和沉降。大量实验研究表明，考虑到所有影响因素，注入压力的值应为静水压力的1.2倍，即略高于拱顶内的土压力。在最后的盾构挖掘阶段，可以通过二次注入控制表面沉积物。②灌装量。为避免地表下沉，可结合盾构端部距离、地质条件和挖掘方法等因素合理确定注入量。由于盾构隧道施工中使用的注入材料会收缩，导致回填不足，实际注入量应大于理论注入量，以免回填不足。掘进参数如图4所示。图5为二次注浆现场施工图。

图4 掘进参数

图5 二次注浆

4.2 超前加固与土体改良

在本工程中，隧道盾构施工提高了地表土的稳定性，避免了涌入问题。另外，根据现场岩石情况，可采取深注等技术措施，对隧道盾构前后的岩石进行局部加固，以改善隧道盾构的特性，从而增加岩石的抵抗力并避免土壤沉积。

4.3 向地下水的排放

地下吸收可以提高盾构隧道开挖尺寸周围土壤的阻力，但如果吸收控制不好，可能会增加沉积量。有鉴于此，施工期间应合理控制地下水的取、排。主要采取的技术措施是喷气电池、水幕等。必须保证手转动时及时中断引流，并通过注射保证腰部的稳定。此外，在盾构挖掘过程中，可以优化管状泥浆的施工参数并适应土壤性质。

4.4 沉降观测点位置

通常，沉降点设置在岩石隧道中心线上的地面水平，沉降点之间的距离设置为5 m左右，每段检测5个沉降点。现在一个点固定在隧道的中心线上，点之间的距离是5 m。不同地层的配置点之间的距离有所不同。软土层必须根据隧道埋深和周围地质条件进行适当的美化，并对控制点和断面进行编码。若隧道上方路面为混凝土路面，可采用两种布置方式：在巷道中心每20 m处，在巷道表面设置观察段，以便更好地观察路面沉积物；其次，观测点位于巷道土层以下，有利于避免巷道硬化引起的观测误差。如图6为现场地表沉降检测，表2为建筑物沉降监测统计表。

表2 区间左线盾构施工建筑物沉降监测统计表

5 变形规律总结

在左隧道的表面应变稳定后，垂直于隧道轴的横向应变在左隧道轴的两侧减小。穿越隧道右线和左线后，隧道地表整体塌陷，局部隆起现象明显；地表变形呈抛物线形，左隧道中心线下垂最大，两侧依次减小。左隧道整体变形大于右隧道的原因是右隧道对左层的两次扰动。右侧隧道的整体挖掘速度高于左侧隧道，减少了干扰和土壤沉淀的持续时间。单线掘进土地变形规律：穿越左线后，土地变形达20 m，最大变形点在隧道轴线处。整体沉降曲线随着层深的增加而增加，但裂缝的影响区域减少。地表最大沉降为30~50 mm，明显高于普通软质和沙质土壤，说明缝隙中的回填很可能受到干扰。双线开挖土地变形规律：双线开挖后，两侧地表变形的影响区域比单线开挖略有增加，但最大变形始终位于轴线的轴线上。隧道随着层深度的增加，整体沉降曲线增加并且狭缝的影响区域减小。由于直线上的两次扰动，左侧线的总墙体沉降增加了约10 mm，导致左侧线的沉降大于右侧线。双轴沉降类似于两条高斯W形曲线的叠加。对单线隧道和双线隧道变形规律的分析表明，地基条件是影响隧道变形的最基本因素。首先，隧道的顶层主要由平地构成，地基具有很强的压缩性，其变形难以控制。二是隧道穿越地形以破碎污泥为主，水阻迅速降低；在盾构开挖中，土质松软，围岩压力变化快，难以控制土体压力平衡。盾构挖掘参数是可控因素，左右倾卸偏差是由于左右挖掘速度差异较大。保持盾构推力也是控制隧道前地面高程或沉降的有效方法。影响表面变形的主要因素是盾构通过墙体的条件和盾构的速度。然后是盾构挖掘参数、尺寸稳定性，以及盾构挖掘速度对环境的影响。

6 结语

相关研究结果表明，隧道盾构施工中，产生附加应力的孔隙水基本上都是处于动态变化当中，而孔隙水并不是静止不变的。由于地下水中含水量较为丰富的区域容易出现缓慢的渗透，此时盾构隧道的周围地层则会出现较大的范围沉降现象，从而使地层间的相互作用和支护作用都得到进一步增强。土体在盾构开挖的过程中要比平时表现得更加软弱，开挖后土体需要一段时间才能恢复到最初的稳定状态，采用盾构法对隧道进行施工的过程中，容易引起地表沉降问题，为确保隧道开挖能够安全、有序进行，应当采取合理可行的方法和技术措施，对地表沉降进行控制，从而确保隧道工程能够按质、按量、按时完成。