盾构法施工对地表的变形规律与施工管控要点

吴一超

摘要：以深圳至惠州城际前海保税区至坪地段工程为例，为确保施工质量、施工安全和施工进度，对盾构法施工对地表的变形规律影响进行分析，并提出了盾构掘进、壁后注浆、管片制作與拼装、大坡度施工等一系列施工要点。以期为类似工程项目施工方案的制定以及盾构法施工工艺的优化提供帮助。

关键词：盾构法施工；施工；沉降标准；地表建筑物

0   引言

在盾构法施工过程中，地表建筑物沉降的主要原因包括土体扰动、地下水流失和盾构机对土体的挤压等。为了有效控制地表建筑物沉降，国内外学者已经开展了一系列研究，并制定了相应的沉降控制标准。

韩守程[1]引入Kerr地基模型，进行盾构施工对既有管线的变形影响分析，从更多角度得到了盾构施工对地下管线与构筑物的影响。马浴阳[2]以某多重地质构造的隧道工程项目为例，分析盾构下穿施工时的沉降规律，并提出对应的工程项目施工沉降控制措施。单宇[3]以某富水砂层地质条件下的工程项目为例，对盾构施工穿越锚索区设计进行了研究。为深化盾构法在工程与相关领域内的推广应用，本文以深圳至惠州城际前海保税区至坪地段工程作为实例，开展盾构法施工要点研究。

1   盾构法施工对地表变形影响规律

盾构法作为一种现代化的地下工程建设方法，具有高效、安全、环保等优点，被广泛应用于城市轨道交通、给排水管道等领域。然而，盾构法施工过程中的地表建筑物沉降问题一直是影响工程质量和安全的难题。因此研究此项施工技术对地表变形的影响规律，以此为依据规范盾构法施工措施，对于提高工程质量和安全具有重要意义。

盾构施工技术在工程项目中的应用，不可避免的会引起地表沉降等现象，甚至会在土方开挖的上部形成一个沉降槽，从而对土方周围建筑物的安全性与稳定性造成负面影响。为确保工程的顺利实施，需要掌握盾构法施工对地表的变形规律。在此过程中，引进Peck曲线，对沉降槽在不排水条件下的沉降曲线进行描述，计算公式如下：

式中：V代表沉降槽在不排水条件下的沉降曲线。S代表沉降值。在此基础上，如周围地层土质大多为粘性土质，可按照下述公式计算单位长度条件下地层的损失率。

式中：L代表单位长度条件下地层的损失率。D代表隧道直径。整理上述公式，得到盾构施工中的竖向位移曲线表达式如下：

式中：S（x）代表盾构施工中的竖向位移曲线表达式。i代表位移矢量。e代表拉伸应变系数。

参照上述方式，整理可以得到盾构施工中的横向位移曲线表达式，通过此种方式，掌握盾构法施工技术的应用对工程项目所在地地表沉降的影响。

2   工程概况

2.1   工程基本情况

深惠城际前海保税区至惠城南段为2022年前启动建设项目，线路走向由原珠三角城际网中的经惠城-惠阳-深圳的东线方案，调整为大湾区城际网中的经惠城-仲恺-深圳的西线方案，正线全长142.6km。本次研究的工程项目先开段位于坪地站-龙城站区间，属于深圳市龙岗区。

龙城站-龙岭工作井盾构段西起龙城站东端，区间隧道线间距11～17.6m。盾构隧道从龙岭工作井出发后，经过两个半径为1300m的平面曲线，穿过田祖上水库。经一个半径为650m和一个半径为800m的平面曲线向西南方向转入碧新路地下敷设，后向西转入盛龙路地下敷设，到达龙岭工作井东端沿盛龙路地下敷设。小净距到达龙城站东侧接收端，左线全长为4748.8m，右线全长为4749.8m。

本区间隧道由两个分离单洞组成，区间于DK51+615、DK52+115、DK52+615、DK53+076、DK53+576、DK53+982、DK54+550、DK55+050和DK55+432处，设置9座联络通道与1座废水处理泵房，对应的泵房与联络通道在与工程业主方商议后，决定使用暗挖法进行施工。先开段全长4.81km，包含1座工作井和1个盾构区间。龙岭工作井长度56.3m，结构宽35.28m，结构高19.2m，顶板覆土约2.4m。

本工程包含龙城站-龙岭工作井1个盾构区间，盾构法施工长度为9507.081m，共投入2台φ9140（刀盘开挖直径）EPB+TBM双模盾构机施工。本工程盾构法隧道具体概况详见表1。

2.2   地质状况

区间主要穿越微风化灰岩、中风化灰岩、强风化砂岩、中风化花岗岩、强风化花岗岩、粉质黏土。风化岩与残积土：全线下伏基岩为加里东期混合花岗岩，风化岩与残积土属花岗岩风化残积产物。具体工程地质情况及设计参数见表2。

本场地内地表水发育，地表水主要为水塘水及河塘水。线路在DK54+100～400处下穿田组上水库，在DK52+750附近下穿龙溪河。基岩裂隙水赋存于全风化、土状强风化、块状强风化砂岩、花岗岩风化裂隙中，为场地内的主要含水区域。

3   施工管控要点

3.1   盾构掘进

结合标段的地质条件，盾构始发段按土压力平衡方式进行开挖，既能确保基坑周围土体的稳定性，又能确保地面建筑及结构的安全。在正常推进阶段，以120m试掘方式，掌握最优参数；通过对施工过程中的监控和不断改进的技术措施，有效地控制了地表沉陷[4]。

盾构机的推进速率是由盾构推进力和刀盘转速（转矩）来实现的，而排土量主要是通过调节螺杆输送机的转速来实现的。在隧道开挖过程中，需要根据隧道的地质情况、卸压渣土状况、盾构各工作状态参数等因素，对隧道开挖过程进行动态调整和优化[5]。

在正常施工阶段，需要做到：熟悉地表状况、盾构机推进路径，掌握前方危险状况；通过合理的操作参数，使土压力、掘进速度、刀盘扭矩、螺杆钻进速度等相互配合，确保不会出现超方或少超方现象；对岩层进行准确的判断，并根据实际情况进行相应调整，从而保证了渣土质量满足要求；在正常停机时，一定要在土仓中打1～2m3的膨润土[6]。

盾构渣土卸完后，利用渣土分离器将每个渣土槽中的渣土分离，并将渣土运往深圳市相关部门指定的垃圾场[7]。自卸车应具有较好的密封性，防止渣土在运输过程中撒漏。为应对突发事件（如交通、天气等），在盾构始发区挖掘孔旁设置一处可储存3天盾构作业量的弃渣库，以防止盾构停止掘进。

3.2   壁后注浆

利用水泥浆进行注浆，可有效地防止地下水冲蚀。在施工过程中，根据地层条件、地下水条件和周围环境条件，经现场试验，合理选取混凝土配合比。单位体积浆液材料用量如表3所示。

在此基础上，结合实际施工情况，通过添加促进剂、改变配合比等方法，对P·42.5普通硅酸盐水泥在3～8h的胶凝时间进行调节。对强透水性地层及对早强要求的地段，可以通过现场试验进一步调节配合比，或添加早强剂等措施，以缩短成胶时间。在盾构推进过程中，采用双泵六管线（6个注水点）对称同步注浆。图1为同步注浆示意图。

灌浆可按要求分为手动和自动两种。采用自动化控制的方法，可对灌浆压力进行预先设置，然后根据程序对灌浆速率进行自动调节，在灌浆压力达到一定值后，自动终止灌浆。人工操作的方法是根据施工进度，通过人工调节注浆的流量、速度和压力[8]。

3.3   管片拼装

通常，按照从下往上的顺序进行拼装，并根据盖层的位置来决定组装的顺序。该项目的盾构区间为8000mm的盾构区间，其楔形尺寸为40mm。每环管片由1个顶块、2个相邻块和4个标准块组合而成，采用错缝拼装的方法。管片拼装流程如图2所示。

拼装前清理内圆弧并干燥处理，保证施工安全。在安装管片时，在保证隧道线形前提下，须确保后缘间距满足下一轮施工要求。保持盾尾间隙，避免与管片接触导致破损。拼装顺序为由下至上，再到邻近节段。盖块安装前加油，按1/3标准块角错缝组装。盖层组装时，先将盖层长度径向推起，再纵向插入。管片就位后，及时将推杆顶向管片，确保顶推力足够。拼装完毕后，立即拧紧接头螺栓，出壳前再二次拧紧，卸下前三次拧紧。

3.4   大坡度施工

在进行大坡度施工时，严格控制隧道轴线与合理纠偏。当使用超挖刀装置时，需严格控制超挖量。根据现场实际施工情况，适当增加线路外弧侧注浆量，并选用体积变化小、早期强度高的注浆材料，以此有效抵抗管片的偏移。合理设置测站位置及测量边长度，提高测量频率，避免由于测站位置及测量误差导致的轴线误差。加强检查台车及轨道安装完好性，及时复紧钢轨连接螺栓，防止后配套脱轨，必要时需增加防后配套倾覆措施。

严格控制盾尾间隙，避免盾尾间隙过小造成管片错台。提高管片拼装手的水平，避免拼装产生错台。加强螺栓复紧工作，有效防止管片错台。提前做好水平运输设备的选型工作，确保车辆具备防溜车制动装置。管片壁后注浆采用收缩率小、早期强度高的注浆材料，控制注浆对管片移位、错台等影响。

4   结束语

本文以深圳至惠州城际前海保税区至坪地段工程为例，为确保施工质量、施工安全和施工进度，对盾构法施工对地表的变形规律影响进行分析，并提出了盾构掘进、壁后注浆、管片制作与拼装、大坡度施工等一系列施工要点。以期为类似工程项目施工方案的制定以及盾构法施工工艺的优化提供帮助。

本文的研究成果，对于优化盾构法施工工艺、提高地表建筑物沉降控制水平具有重要意义。然而，本研究仍存在一定的局限性，例如未能全面考虑气候、环境等因素对沉降的影响等。未来的研究可以更加深入地探讨这些因素，提出更加精确、全面的控制标准和方法。

参考文献

[1] 韩守程，郑康龙，王献明，等.基于Kerr地基模型盾构隧道施工对既有管线变形影响的简化算法[J].工程建设与设计，2023（12）：73-75.

[2] 马浴阳.多重地质构造复杂型隧道盾构下穿既有隧道沉降规律及控制应用[J].建筑机械，2023（5）：29-36+41.

[3] 单宇.富水砂层地质条件盾构穿越密集锚索区域施工质量控制[J].建筑技术开发，2023，50（4）：143-145.

[4] 卢靖，周文波，胡珉.盾构法隧道施工地表变形阶段控制目标规划及其在盾构自主驾驶中的应用[J].隧道建设（中英文），2023，43（3）：486-495.

[5] 邱婧，童建红，王国林.市政工程隧道大角度斜向上跨既有地铁盾构隧道施工方法比選及优化[J].城市轨道交通研究，2022，（S2）：79-85+92.

[6] 李移山.浅谈监理在盾构施工中的关键作用：以某轨道交通工程为例[J].建设监理，2022，（12）：28-31+48.

[7] 范奇，张天奇.盾构法重叠隧道施工过程中施工顺序及施工间隔对土体变形的影响研究[J].天津大学学报（自然科学与工程技术版），2022，55（12）：1318-1328.

[8] 韩超，秘金卫，齐阳，等.青岛某隧道盾构法与矿山法施工交界处围岩快速加固方法与应用[J].工程勘察，2023，51（4）：7-11+30.