城市地铁区间隧道盾构工程地表沉降控制
解析地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降
是 要想判断盾构掘 进对地层 影响程度 ，非常重要 的
通 过调查发现 ，隧道上覆地层 有着很 多的地质种类 ，
比如人工填土层 、淤泥及淤泥质土层 、残积土层 以及岩石全 风化带等等，通过一段时期 的观测我们可 以得出这些 内容：
个 关键就在于地层 条件 ，如 果地层有着 良好的 自稳性 ， 为例 ，在 中风化地层 中，地表 的最大沉降为４ ． ５ ｍ ｍ ，距离 隧
地层 时，虽然采用 的开发模式是 土压平衡模式 ，对 于沉 降 可 以进 行一定程度 的控 制 ，但 是依然有着很 大的沉降值 ，
均值会达￣ Ｊ ｌ ｌ ６ ｍ ｍ 左右 ，最大 的时候会达到５ Ｏ 姗。 二是 要想控制沉 降 ，非常重 要的一个关键 就是 即时注 浆 参数 的调整 ， 比如 ，在 中风化地层 中，如果 即时注 浆填 充率在 １ 以 内，那 么地表 沉降在 ｌ Ｏ ｍ ｍ 左右 ，最大值在 ２ ２ ｍ ｍ 左右 ；当 即时注浆参 数达 到了 １ ． ２ 左右 ，就会 降低地表 沉 降，其数值一般在５ ｍ ｍ 以内。在强风化地层 以及全风化地层 中，如果注浆填充率在１ ． ２ 以内，那么地表沉 降值就在２ ５ ｍ ｍ
５ ｍ ｍ 左右，也就是说控制了地表 沉降。 三 是要想控制 地层损失 ，减 小地层变位 ，非常有 效的 方 法 就是对 盾 构 掘进参 数 进行 修正 ，建立 有效 的土 压 平
断面布 设于左右线 的地面环境 中，要选择合适 的位 置，两
个横断面之间 的距离一般保持在３ Ｏ ｍ 左右 ，对盾构机掘进所 导致 的沉降坡度 以及 其他 的影 响等进行观测和 调查 。还 需 要将 水位孔合理地布 设于隧道 的两 侧 ，这是 为了对地下水 位 的变化进行 了解 。
地铁隧道盾构施工地表沉降的预测分析
而产生的地基塑性 变形。 （ ）盾 尾沉 降。从 开挖 面 到达 观测 点 的正 下方 ３
之后直到盾 尾通过 该观测 点为止这一期 间所产生 的沉 降 ，主要是盾构扰动土体所致。 （ ）盾尾空隙沉降。盾构机的尾部 通过观测点 的 ４ 正下方之后所产生的沉降 ，是盾 尾空隙的土体应力 释 放所引起的弹塑性变形 。 （ ）后续 固结沉降 。由于施工过程中对周 围土体 ５ 的扰动 ，土 中孔 隙水 压力 上 升 ，随 着孔 隙压 力 的消 散 ，地层会发生主固结沉降 ；在孔 隙水 压力趋于稳定 后 ，土体骨架仍会蠕变 ，即次固结沉 降。 上述沉降 阶段多非 同时产生 ，且其表现形式 也是 综合性 的。地基条件和施工状况不 同，沉 降的类 型也
１ 前 言
近些年来 ，盾构施工法普遍用 于在松软含水 土层 中修建隧道 ，在江河海中修 建水底 隧道 ，在城市 中修 建地下铁道及各种市政设施 。但是 ，当采用盾构 法施 工时 ，一般会引起隧道上方地表沉 降 ，这种现象 在含 水 的松软土层或其他不稳定地层中表现显著 。尤 其对 于城市地铁 ，盾构法 区间隧道一般都会穿越城市 中心 地带 ，因建筑 物 密集 、施工 场 地 狭小 、地质 情 况 复 杂 、地下 管 网密 布 、交 通 繁忙 、施 工 条 件受 到 限制 等 ，而对环境 的控制要求更为严格 。因此 ，预测 可能 发生的地表变形 ，对工程的顺利实施极为重要。 本 文 通过 调研 国内外盾 构施 工地 表 沉 降控制 技 术 ，同时参考 同行业盾构法施工实例 ，分析 了地 表沉 降的预测方法及盾构施工过程 中地表沉 降的规律 、过 程和沉 降原因。
（ ） 式。 ３
程度地对 土层产生挤压扰 动。当盾构掘 进遇到弯 道以 及进行水平 或垂直 纠偏 时 ，也会使周 围的土体受 到挤 压扰动 ，从而引起地表变形 ，其变形大小 与地层 的土 质及隧道 的埋深有关 。 （ ）管 片环 变形 的影 响。隧 道衬 砌脱 出盾 尾 之 ４ 后 ，在土压力的作用下 ，管片之间的 防水层 和缝 隙会 被挤压紧密 ，管片环也会产生轻微变形 ，趋 向于椭 圆 状 ，这些也会导致地表的少量沉降 。 （ ）盾尾空隙充填不足 的影 响。盾尾建 筑空 隙必 ５ 须及时进行充填 ，在不稳定地层 中施工 时 ，这 一点更 显得重要 。压浆材料的性能及充填量均影 响到地表沉 降及其速度 。盾构施 工中的纠偏或弯道施工 时的局部 超挖 ，会造成盾 尾后 部建 筑空隙的不规则 扩大 ，其扩 大数量难以进行估 计 ，空 隙如果 无法 得到及 时充填 ， 会 导致地 表沉降。
城市地铁盾构施工地表沉降研究
起 的地表 下 沉 ， 实 际施工 中的漏水会 引起 少量 的地 表
沉降。② 在盾构法隧道 的有 限元分析 中， 正确选定 盾尾注浆参数尤其是注浆材料 的弹性模量是非常重 要 的 。由于 多种 因素 的影 响 ， 目前对 盾尾 注浆 材料 的
参 数取值 还是 采用 经验 的 、 近似的， 难 以准确 ， 这必 然 影 响到地 表沉 降 的计算精 度 。 通 过 研究 表 明 ： 城 市地 铁盾 构 机 施工 情 况 复 杂 、
和后 续沉 降 ， 如图 ２ 所示 。
第１ 阶段
要 的沉 降 ， 严重 时还 会 造 成 路 面塌 陷 ， 甚 至 威胁施 工 和居 民安 全 。因此 ， 十分 有必要 对地 铁盾 构法 施工下 的地 表沉 降进行 检测 和研 究 ， 以便 提高工 程施 工 的安
．
１ 第 ５ 阶 段
１ ０ ． ７ ８ ％。模拟计算得到的最终沉降为 １ ０ ． ３ １ ３ ｍ ｍ， 实测的最终沉降为 １ ０ ． ２ ｍ ｍ， 两者基本一样。
；
，
．
，
６ ８ ｌ Ｏ
困难 ， 需要对其进行实际监控 ， 从而使土体 和地表的
沉 降和变 形控 制在 允 许 的范 围 内 。复合 地 层 盾 构 施 工 安全 、 快捷 、 高效 的优势 可得 以充 分体 现 ， 完 全可 以
所示 。
随着 我 国 的城 市 化进 程 ， 城 市规 模 急 剧增 大 ， 人
口迅速膨胀， 多数城市 出现了不同程度的交通用地紧
张局 面 。为 了有 效地 缓解 城市交 通拥 堵 的压力 ， 于是 出现 了城市 地铁 的概 念 。伴 随着 城 市 地 下 空 间 的利
用和开发 ， 越来越多的城市正在修建地下铁道 。在隧
地铁隧道盾构法施工引起地表沉降分析论文
地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析摘要：随着我国地铁建设的不断发展，在地下工程施工中人们越来越重视盾构掘进法开挖隧道引起的地表沉降对地面建筑物的影响,而这个问题的关键是要对地表沉降进行预估。
本文论述了peck横向沉降槽经验公式，并与相关工程相结合深入探讨了盾构掘进法施工隧道对地表沉降影响，并提出相关建议。
关键词：盾构法施工、地表沉降、分析中图分类号：tf351文献标识码： a 文章编号：一、前言现阶段，盾构法施工已成为国内城市地铁隧道施工中一种重要的施工方法。
和其他施工方法一样，由盾构法施工导致的地表沉降及对周围环境产的影响是盾构法施工的一个重要问题。
目前国内外专家学者对隧道施工引起地表沉降的预测方法主要有：经验公式法、模型试验法、数值分析法、理论预测法等。
在实际工程中主要是以建立在实测数据基础上的经验公式法为主，但是这种方法大都局限于预测地表面处的位移，在指导施工中具有很大的局限性。
而数值模拟法能动态反应盾构推进过程中土层中各点变形随时间的变化情况，而且可以对影响地表的许多因素进行直观的分析。
二、peck横向沉降槽经验公式沉降计算中最经典、常用的公式是peck公式。
peck认为,不排水情况下隧道开挖所形成的地表沉降槽的体积应等于地层损失的体积；地层损失在整个隧道长度上均匀分布,隧道施工产生的地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线(如下图1)。
横向地表沉降的预估公式以及最大沉降量的计算公式为：式中:s(x)为距隧道中心轴线为x处的地面沉降,m； i 为地表沉降槽宽度,即曲率反弯点与中心的距离,m；smax为隧道轴线上方地表最大沉降量,m；vl为盾构隧道单位长度的地层损失量,m3/ m。
图 1地表横向沉降分布曲线反弯点i处的沉降量s≈0.61smax,最大曲率半径点的沉降量s ≈0.22smax。
沉陷槽断面积a≈。
想要预测地面沉降量,必须先估计出地层损失量。
在工程实践中,地层损失量与盾构种类、操作方法、地层条件、地面环境、施工管理等因素有关,一般难以正确估计。
盾构施工下穿既有建筑物沉降变形分析与控制
盾构施工下穿既有建筑物沉降变形分析与控制摘要：盾构施工法在实际应用中优点众多，现如今逐渐成为城市地下隧道修建的首选工法。
但盾构法施工不可避免地会对周围土层产生扰动，改变原地层的状态，引起一定的地层位移和地表沉陷，危及邻近建筑物的安全，对周围的环境造成一定损害。
因此，盾构施工能产生多大的沉降或隆起，会不会影响相邻建筑物的安全，是地铁隧道盾构施工中最关键的问题。
要在地铁工程施工前对工程可能引起的地面沉降问题有所估计，首先需要了解盾构穿越建筑物的主要施工安全风险及施工引起地地面沉降的一般规律和机理，进而提出相应的控制措施，达到事先防控的目的。
一般情况下，在盾构隧道施工前采用地面地基加固的方法对邻近重要建筑物基础或管线进行地基预加固处理是盾构隧道施工过程中常用和可靠的措施。
但在建筑物群间距小、密集度大，没有地面加固所需空间的情况下，只能从设计和施工本身来解决地层损失，减少对地层的扰动，达到最终控制地面沉降，保护建筑物的目的。
为研究盾构下穿既有建筑物引起的地表和上部建筑物的沉降变形规律，本文依托某地铁隧道盾构下穿街道项目，采取全过程分阶段风险控制措施，并建立三维数值模型，分析沉降规律，将模拟结果与实测结果进行比较，验证数值模拟的可靠性，以便为类似隧道盾构下穿既有建筑物项目的施工提供参考。
关键词：盾构施工；下穿；既有建筑物；沉降变形；控制措施引言地铁盾构施工不可避免会穿越城市建筑物下部结构或其邻近区域，下穿施工扰动了原有土层，使施工近接区的地层、地表及建筑物产生一定的沉降变形，影响既有建筑物的使用寿命，危及人们的生命安全，对城市地铁隧道工程建设产生负面影响，因此，在盾构施工中，近接建筑物防护技术的系统化和完善愈来愈重要。
1盾构施工区既有建筑物的防护为控制盾构下穿施工对施工区域既有建筑物结构沉降的影响，应对该区的既有结构物进行防护。
1.1 调查、评估施工前，应调查近接施工区建筑物的产权单位、建设年代、结构形式、结构层数（包括地上和地下）、基础形式、基础埋深等。
地铁隧道盾构施工的沉降监测
地铁隧道盾构施工的沉降监测摘要：盾构法施工具有安全、高效、易操作等显著优势，目前在地铁隧道施工中得到了广泛的应用，但此施工方法在断面尺寸多变的区段适应力不足，易造成地层损失，甚至引发地表塌陷、管线断裂等严重问题。
文中以盾构法施工为切入点，对盾构在隧道运行过程中引起地层沉降的原因进行解剖，针对该问题提出控制优化措施，为处理地面沉降问题提供参考。
关键词：盾构法施工；地层沉降；控制措施引言近几年，我国经济的质量和总量都保持快速增长，带动了城市化的快速发展，城市常住人口持续增多，最终导致交通拥挤问题日益加重。
地铁以其运行时间长、安全性高、速度快、运输量大等特点，成为缓解人口密度较高的城市地面交通压力的关键方法。
尤其在最近几年，国内地铁建设进入快速发展期，对于大中规模城市而言，地铁成为了关键交通方式。
据相关部门统计，截至2020 年，国内地铁建成及投运的城市有45个，运营长度有6303km，同比增长21.66%。
从城规交通系统制式结构上看，地铁以79% 的比重位居首位。
可见，地铁建设因其独特优势，促进市民出行自由的同时，也在社会的进步、环境保护方面和突显城市的综合实力上都具有一定意义，因此地铁在各大城市中取得了广泛的应用和推广，成为城市发展中不可或缺的交通方式。
对于城市地下工程的修建而言，通常有盾构法、矿山法、新奥法和明挖法，不同施工方法的适用条件和优劣势也会有所不同。
盾构法施工由于其自动化程度高，人工作业成本较低，掘进速度也较其他几种方法快，不受季节和天气的影响，施工过程噪音低，对地面建筑物影响程度小等优点，从而成为地铁隧道建设中使用频率最高的一种施工方法。
如今盾构法隧道施工技术更为完备、成熟，正朝着工程的大型断面、特殊断面、超大深度、超长距离方向快速发展，也向着操作智能化、自动化，掘进过程高效化的方向发展。
因城市地铁主要是为了方便人们出行，因此地铁建设多数位于交通要道和人员密集区域，周围环境复杂，容易影响到地下管线和地表建筑物。
211256368_地铁盾构隧道地表沉降控制指标研究
———————————————————————作者简介:屠传豹（1988-），男，安徽六安人，工程师，硕士研究生，研究方向为工民建。
0引言盾构隧道变形控制一般主要包括隧道轴线、直径变化，隧道沉降、隧道结构应力、地表沉降等的安全评判方法与控制指标（累计值评判、速率评判、趋势评判等）等等。
在软土地区，地表沉降值是盾构掘进过程中施工质量和环境影响程度的直接反映。
它是由土质情况、盾构土仓压力、盾尾同步注浆、盾构姿态等多种综合因素共同作用的结果。
盾构推进诱发的地面沉降会对既有地下管线、周边重要建筑物等产生不利影响。
因此，盾构隧道施工的环境安全评价主要以施工引起的地表沉降为参考，其中重点考虑盾构隧道施工引起的地表沉降控制指标的研究。
1盾构施工引发地表沉降的机理分析盾构法施工技术已经逐渐成熟，但由于施工不可避免地会引起地层扰动，这会导致隧道周围地层变形，从而引起地表沉降。
在软土地区，盾构法施工所引起的地层损失和隧道周围土层受扰动或受剪切破坏后的重塑土再固结，是导致工程性地面沉降的根本原因。
如图1所示描述了地表某一点随盾构位置的变化的位移变化曲线。
盾构在推进过程中，盾构离地表某一点一定距离时，由于对于开挖面附加推力和盾构推进方向的影响，前方通常会出现少量的地表隆起，随后又开始发生沉降，量值一般都较小。
当盾构距离该点距离变小，受盾构的方向改变引起的超挖和盾壳与土体的摩擦作用影响，该点出现一定的沉降，一直到盾尾到达该点时。
最后，盾尾脱开衬砌，该点由于物理间隙的存在继续发生一定的沉降，工后形成施工期土体在不排水情况下的地表沉降总量[1-3]。
经过盾构施工的扰动后，隧道周围的土体形成了超空隙水压力（正值或负值）区域。
随着盾构的推进，土体表面的应力得以释放，导致超孔隙水压力下降，并引起孔隙水的排出，从而导致地层移动和地面沉降。
此外，盾构施工中的挤压作用和压浆作用等因素也会导致周围地层形成正值的超孔隙水压力区域。
这些超孔隙水压力在一段时间后会消散复原，而地层排水固结变形则会引起地面沉降。
地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题分析张志斌
地铁隧道盾构法施工中的地面沉降问题分析张志斌发布时间：2021-08-05T18:13:13.134Z 来源：《基层建设》2021年第21期作者：张志斌[导读] 摘要：随着时代不断发展，地铁交通已经成为人们出行的重要方式，相比于传统方式更具有优势，促使人们享受便捷的服务。
粤水电轨道交通建设有限公司摘要：随着时代不断发展，地铁交通已经成为人们出行的重要方式，相比于传统方式更具有优势，促使人们享受便捷的服务。
地铁工程的不断增加促使人们对其施工的安全性、稳定性以及先进性提出全新的要求。
因此，灵活应用先进的盾构法施工，可以有效的解决地面沉降问题，提升地面建筑结构的安全性，为人们提供优质的服务。
关键词：地铁隧道；盾构法；地面沉降一、盾构法引起的地面沉降原因隧道盾构法施工中引起地面沉降的主要原因就是由于隧道开挖使得地层损失以及土体受扰动后固结性降低这两种原因造成的。
1.在隧道开挖过程中，引起地层损失的主要因素有：①由于开挖面土体的水平支护应力小于原始侧向应力引起的土体移动；②千斤顶漏油或回缩引起的盾构后退；③由于压浆量不足、压力不合适或者压浆时间不及时而引起的土体被挤入盾尾空隙中；④由于设计需要进行曲线、抬头以及纠偏推进时推进方向改变而引起的；⑤由于盾构推进中的障碍物移动引起空隙且没有及时填充；⑥在土压以及盾构管片拼装过程中出现变形引起的。
2.在隧道盾构施工中土体受到扰动而在周围产生超孔隙水压力，而在盾构推进中随着土体表面应力的释放而降低此水压力，并将孔隙中的水挤压出来，从而导致地面沉降的发生。
此外，由于挤压或者压浆作用在地层周围形成正值超空隙水压力区，在施工后一段时间后自动复原时会进行地层排水而引起固结变形，造成地面沉降。
二、地铁隧道盾构施工中地面沉降因素1.盾构深埋因素造成地面沉降的主要影响因素就是盾构深埋，在软土隧道开挖施工中，一般盾构埋深应该将深度控制在6~10m比较合适。
在盾构建设的过程中，相关系数通过沉降槽的沉降量的计算为0.976。
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文章编号:1004—5716(2003)06—116—05中图分类号:U45211+3 文献标识码:B 城市地铁区间隧道盾构工程地表沉降控制吴全中(中隧集团一处有限公司,河南新乡453000)摘 要:介绍了地铁区间隧道盾构掘进时控制地表沉降的重要因素。
关键词:地铁;盾构;地表沉降;壁后注浆 城市地铁采用盾构机施工不仅给作业者提供安全的工作环境,而且机械化、自动化水平高,利于地面建(构)筑物和地下管线的保护,利于城市环境保护,更减小了对城市秩序的影响,实现快速、安全、可靠目的。
在广州地铁2#线(越～三)区间隧道盾构施工中,针对工程地质特性、覆土厚度,选择正确的掘进模式,设置适合的施工土压,采用合理的掘进注浆方式,严格控制出碴量,选择灵活合理的掘进参数,有效地控制地表下沉和提高掘进速度,地表沉降得到有效控制,远小于允许值,安全通过了建筑群、桩基群、繁忙的广州火车站,有效地保护了沿线的地上建筑和地下设施,并创造了日掘进30m、月进度405m的国内纪录。
本文将结合该盾构工程进行描述。
1 工程概况广州地铁2#线(越～三)区间隧道盾构工程由越秀公园站～广州火车站～三元里站两个区间双孔隧道及双孔隧道间的二条联络通道组成,全长3926单线延米。
共有曲线三组六段,合计1939m,占全长49.4%,转弯半径为600m、400m。
两个区间均为“V”型坡,最大坡度30‰,隧道覆土厚最小7.9m,最大26.4m。
本工程采用复合式土压平衡盾构机施工,具有三种掘进模式,具有可互换和更换的齿刀和滚刀两种刀具,以对付软硬交错的地层,配备了同步注浆系统、外加剂注入系统、压缩空气系统,具有自动导向功能,适应地层广,满足不同地层的掘进速度要求,适用于含水软岩、硬岩和混合地层的隧道掘进。
2 地质概况沿线地基岩土从上至下分为9层:(1)人工杂填土层;(2—1)淤积层:灰黑色淤泥质粉砂、淤泥质粘土混合而成,流塑～软塑;(2—2)海陆交互淤积层:灰白色淤泥质粉细砂,饱和、松散;(3—2)冲、洪积砂层:中、粗砂,饱和、松散～中密,强透水层;(4)冲、洪积土层:粘土层,可塑～硬塑,粘性强,中压缩性土;(5—1)残积粉质粘土层:基岩风化而成,可塑～硬塑,粘性较好,中压缩性土,微弱透水层;(5—2)残积硬塑粉质粘土、粘土层:由硬塑～坚硬的粉质粘土及中密～密实的粉土或夹薄层强风化岩块组成,中、低压缩性土,微弱透水层;(6)岩石全风化带:泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、含砾粉砂岩、含砾细砂岩,风化成土柱或土块状,致密、坚硬,微透水层;(7)岩石强风化带:泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、含砾粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、砾岩,陆源碎屑结构,中厚层状构造,裂隙很发育,岩体破碎,岩质软遇水易软化;(8)岩石中风化带:泥质粉砂岩、粉砂岩、含砾粗砂岩、砾岩,陆源碎屑结构,中厚层状构造;(9)岩石微风化带:含砾粉砂岩、含砾粗砂岩、砾岩,粉砂、粗砂状结构,中厚层状构造,岩心完整,稍硬～坚硬。
隧道穿越地层主要是(5—2)、(6)、(7)、(8)、(9),各类土石所占比例见表1。
地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水。
越～火区间孔隙水赋存在泥质砂岩和冲、洪积层,水位埋深0.7～5.3m,裂隙水主要赋存在全、强、中风化带及破碎带内,水位埋深7.5～16.1m;火～三区间水位一般埋深0～2.8m,为第四系孔隙水和基岩裂隙水的混合水位。
表1 左线/右线隧道穿越地层体积比(单位:%)区间断裂破碎带(4)(5—1)(5—2)(6)(7)(8)(9)越秀公园～火车站 5.8/5.70.2/- 2.7/- 5.5/0.9 6.8/1.024.6/29.813.2/22.641.2/31火车站～三元里-/--/--/--/5.5 6.6/17.119.4/13.351.4/52.822.6/11.3两区间总比例 3.0/2.80.1/- 1.4/- 2.8/3.1 6.7/13.922.1/21.631.7/37.632.2/213 建筑物概况隧道地表建筑物密集,估测的沉降范围内有214座,其中四层以上43座。
区间180m长范围穿越14股轨道的广州火车站,同时穿过站场下的邮政通道(距隧道最近4.2m)和人行天桥(隧道距桩基最近2.6m)。
地下管线复杂,共穿越管线56条,包括上下水、煤气、电话、电缆,为钢管、铸铁管和砼管。
对地面环境和地上、地下设施的保护要求高。
4 控制标准(见表2)总第85期2003年第6期 西部探矿工程WEST-CHINA EXPLORA TION EN GIN EERIN Gseries No.85J un.2003表2 地表及建筑物控制标准监测项目控制标准附注地表隆陷(mm )+10/-30隆起/沉陷地表建筑物倾斜3‰建筑物允许倾沉值砌体承重结构0.002/0.003中低压缩性土/高压缩性土砖石墙填充边排桩0.002/0.003框架结构0.007/0.001不均匀沉降不产生附加力的多层结构0.005/0.005建筑物基础H <24m 0.004/0.00424≤H <600.003/0.00360≤H <1000.002/0.002H ≥1000.0015/0.0015高耸结构基础H <20m 0.008/0.00820≤H <500.006/0.00650≤H <1000.005/0.005100≤H <1500.004/0.004150≤H <2000.003/0.003200≤H <25001002/01002高耸结构基础(mm )H <100-/400100≤H <200-/300200≤H <250-/200轨道安全监测(mm )-10/±4轨面沉降/两条钢轨面高差5 地面变形机理(见表3和图1)表3 盾构施工引起位移的原因与机理沉降类型主要原因应力扰动变形机理初始沉降地下水位降低,围岩(土体)受挤压而压密孔隙水压力减少,有效应力增加孔隙比减小,固结开挖面前方变形隆起盾构机推力过大孔隙水压力增加,反向土压力增加压缩产生弹塑性变形沉降盾构机推力过小,出碴过量应力释放,扰动弹塑性变形盾构通过时的沉降施工扰动,盾构与围岩(土体)间剪切错动,出碴应力释放弹塑性变形盾尾空隙沉降围岩(土体)失去盾构支撑,管片背后注浆不及时应力释放弹塑性变形固结沉降围岩(土体)后续时效变形应力松弛蠕变压缩5.1 初始沉降距开挖面还有几十米的地面观测点,到开挖面到达该点之前所产生的沉降,是随盾构机掘进造成的地下水流动和水位降低产生的。
5.2 开挖面前方变形自距开挖面约几米的观测点至开挖面到达该点所产生的沉降或隆起,是由于盾构机推力过大或过小,使开挖面土压力失衡引起的。
图1 地面变形的一般规律5.3 盾构通过时的沉降自开挖面到观测点至盾尾到达该点为止所产生的沉降,是盾构扰动土体所致。
5.4 盾尾空隙沉降是盾尾通过观测点时产生的沉降,是盾尾空隙土体失去盾构支撑或管片壁后注浆不及时引起的土体应力释放所致。
5.5 后续固结沉降是土体被扰动引起的固结和蠕变后续时效变形。
6 影响地表沉降的要素盾构掘进时影响隧道地表沉降的主要因素是地质特性、覆土厚度、掘进模式、掘进土压力、注浆方式和控制、地层失水、循环出碴量、掘进速度,这些因素引起的地表沉降通过严密监测和快速反馈控制在规定范围内,从而达到保护地面环境的目的。
7 地表沉降的控制结合施工情况,就主要影响因素进行描述。
7.1 掘进模式选择盾构掘进根据不同的地质条件采用敞开式、半敞开式和土压平衡式三种掘进模式,以适应硬岩、软硬混合地层和含水软岩的掘进。
对于(8)、(9)号中、微风化硬岩地层,具有足够的自稳能力,且地下水少或地下涌水能被控制,采用敞开式掘进模式;对于大部分处于(8)、(9)号硬岩地层,局部处于(7)强风化地层或小部分处于(6)全风化地层、(5—2)软岩地层,且地下水压力在1～1.5kg/cm 2,采用半敞开式,特别是有硬岩存在且地下水是可以控制的,采用这种模式是必要的,其切削硬岩的能力好于EPB 模式;对于工作面不具备自稳能力,地下水压力>1.5kg/cm 2,地下水特别丰富的地层,如隧道或其上部处于(5)、(6)不稳定地层和(7)强风化层,或隧道处于断裂构造带中,或可能有较大涌水采用半敞开式不能有效控制涌水时,采用土压平衡模式。
采用土压平衡工况掘进时,使刀具切下的土砂充满碴仓,并呈流塑性控制开挖面,用螺旋输送机和调整装置保持排土与切削量平衡,维持碴仓土砂一定的压力,抗衡开挖面的土压和水压,用碴仓和螺旋输送机内的土砂获得止水效果,配合同步注浆系统和必要的二次注浆,保持开挖面稳定,防止地下水涌出,控制地表隆陷。
采用土压平衡模式时,碴土应有良好的流塑状态、良好的粘—软稠度、低的内摩擦角和低的透水性,当满足不了要求时,需给711 2003年第6期 吴全中:城市地铁区间隧道盾构工程地表沉降控制开挖面、混合仓和螺旋输送机内注入外加剂对碴土进行改良,使开挖土具有流动性和止水性。
对于易流动、内摩擦角小、渗透系数小的粘性土地层,通过刀盘和螺旋输送机的搅拌,切下的土一般具有塑流性,对于粘着力大不易流动的土可以向碴仓注水,使土得到适合的流动性,粘性土的渗透系数较小,止水性没问题。
对于流动性差、内摩擦角大、渗透系数大的砂性土地层,切下的土流动性差,充满碴仓和螺旋输送机的土使刀盘、输送机的扭矩和千斤顶推力增大,影响掘进,另外,压缩的土体止水性差,当地下水压高时,易出现喷发现象,这时要注入添加剂,使开挖土具有流动性和止水性,平衡开挖面的土压和水压。
施工中采用的外加剂是泡沫和膨润土,泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入,膨润土以悬乳液的形式通过膨润土系统注入到开挖仓和输送机进口,当必要时向盾壳上注入,及早充填盾壳背空隙,控制地表沉降。
当围岩稳定性变好时,逐渐加大排土速度,将碴仓排至剩少部分土,碴仓降到常压,伸出螺旋输送机,实现敞开式掘进。
当围岩稳定性变差,开挖面有可能坍塌或不能有效控制地下涌水时,缩回螺旋输送机,关闭卸料口,冲入压缩空气封闭碴仓,防止坍塌,控制涌水,实现半敞开式掘进;当开挖面不能达到稳定或水压力过大时,停止出碴使碴土充满碴仓并获一定压力,以抗衡开挖面土压和水压,控制出碴量,实现土压平衡掘进模式。
盾构机在ZD K17+480.35～+050段掘进时,地层为(6)、(7)(全、强风化)地层,开挖面不能完全自稳,由于没有及时建立土压平衡,地表沉降相对较大。
7.2 掘进土压力选择当盾构掘进时,若开挖面受到的水平支护应力小于地层的原始侧向应力,则开挖面土体向盾构内移动,引起地层损失而导致盾构上方地面沉降。
反之,当作用在正面土体的推应力大于原始侧向应力时,则开挖面土体向上向前移动,引起负地层损失而导致盾构前上方土体隆起。