地铁盾构下穿建筑物群地层沉降控制技术研究

地铁盾构下穿建筑物群地层沉降控制技术研究
发布时间：2022-07-21T03:27:00.603Z 来源：《工程建设标准化》2022年5期3月作者：王大鹏
[导读] 地铁施工中，采用盾构法下穿建筑物群时，需对地层沉降进行严格把控。

王大鹏
南京地铁建设有限责任公司江苏南京 210000
摘要：地铁施工中，采用盾构法下穿建筑物群时，需对地层沉降进行严格把控。

本文结合实际工程案例，对盾构下穿建筑物群地层沉降控制技术展开详细的分析，并探索了参数控制、姿态控制、前期沉降、掘进过程沉降、盾尾注浆及其他控制措施，以不断提高盾构施工沉降控制技术水平。

关键词：盾构；地层沉降；参数控制
前言：地下工程建设施工中，经常会受到地下环境和土层等影响，出现地层沉降现象，给周边及下穿建筑物稳定性和可靠性带来安全隐患。

对此，采用盾构法下穿建筑物群开展地铁建设施工时，必须对地层沉降进行控制。

1工程概况
本文以某地铁DS6号线某区段盾构下穿建筑物群为例，对盾构施工地层沉降控制技术进行分析和研究。

这一施工段左线全长1779.1米，右线全长1773.9米，两条线路之间距离为13～23米，通过盾构法进行地铁施工，地铁中某一区段下穿一住宅小区，该住宅小区为4层楼房，房屋采用水泥土搅拌桩复合地基，地基与隧道顶端的最小竖向距离为0.08米。

2盾构下穿建筑物群地层沉降控制技术
结合本工程实际情况进行分析，在进行盾构施工过程中存在的主要风险包括工程地质风险、房屋下穿位置风险、刀盘对房屋基础的侵入风险等。

结合不同风险情况，本文从参数、姿态以及各阶段沉降情况对地层沉降控制技术进行探讨。

2.1掘进参数控制
掘进施工过程中，土压是影响地层沉降的主要参数。

若土压过大可能会引起地表隆起，若土压过小则会导致地表沉降。

因此，掘进参数的控制主要是对土压的计算和控制。

施工过程中，影响土压的主要因素为刀盘前的土体压力，在进行参数控制时，通常以刀盘中心位置的土压为准进行计算，计算公式为：
P1 = k0 × γ × h （1）
式（1）中：P1为土仓内的土体压力；k0为侧压力系数，取值 0.46；γ 为土的容重，取值 18.4kN/m3；h 为刀盘中心埋深。

在计算过程中，将各阶段相关参数信息带入上述公式中，得到土仓压力范围，盾构掘进过程中，有关参数详见表1。

表1 盾构掘进参数
在掘进施工过程中，为降低施工对土层的扰动，保障土压稳定，需要将各参数始终控制在较为平稳的范围内。

2.2 姿态控制
在盾构体通过隧道进行掘进的过程中，由于各种原因影响，盾构姿态可能会发生一定的变化，进而使开挖面比预设计算面大，导致地层损失等引起沉降问题。

因此，需要通过对轴线偏差的控制实现对盾构机的姿态控制。

轴线偏差的控制主要包括水平方向和垂直方向。

水平方向要确保盾构隧道偏差处于一定范围内，保障其能够满足纠偏需求，确保隧道成型；在垂直方向上，盾构机处于下坡段时，轴线偏差的控制主要为了降低刀盘运行对上部建筑地基的影响。

隧道轴线偏差详见表2。

表2 隧道轴线偏差单位：mm
2.3 各阶段沉降控制
地铁施工中，采用盾构法进行掘进。

整个地层沉降共包括五个阶段，具体如下：
第一阶段：超前沉降，是盾构前方土体水位变化引起的。

第二阶段：盾构机到达时，因盾构施工造成土体缺失而引起的沉降，与盾构施工过程中土压控制有一定关系。

第三阶段：盾构体通过时由于土层缺失以及盾构掘进施工引起的沉降。

第四阶段：在盾尾脱出时产生的沉降。

第五阶段为盾构通过后发生的固结沉降。

2.3.1前期沉降控制
前期沉降主要由于土压控制不当出现的土体挤压或失压等情况，进而造成沉降，因此，在施工过程中需要加强对掘进推力和土压的重视，同时对掘进过程中的相关参数进行实时监测，并结合监测结果及时调整掘进参数，保障土压始终处于平稳的状态之下。

2.3.2 掘进过程沉降
掘进施工时，可能会因土体缺失或土压变化，而引起沉降，所需加强对刀盘转速、出土情况和土压等方面的控制，从而确保参数稳定性，避免沉降情况的发生。

本工程项目建设施工，为防止掘进过程中发生沉降情况，将掘进速度控制在 30～50mm/min，同时，随时监测有关参数，计算并控制好出渣量，以免出现超挖现象。

2.3.3 盾尾注浆控制
脱出盾尾过程中，为防止衬砌环管片上方出现沉降情况，本次盾构施工使用了惰性浆液分三次进行注浆施工，以实现对底层沉降的控制，惰性浆液由硝石灰、粉煤灰膨润土、砂以及水配合而成，硝石灰用量为 90kg/m；粉煤灰用量为 41kg/m；膨润土用量为 50kg/m；细砂用量为800kg/m；用水量为 360kg/m。

整个注浆过程包括同步注浆、二次注浆、三次注浆以及多次注浆。

同步注浆：操作时，控制理论注浆量3.9m3，扩散系数1.3～1.5左右，每环同步注浆量=理论注浆量*扩散系数，具体为5.1～5.9m3，此时注浆压力设置为静止时土压力的 1.2倍，约为 1.6～2.0bar。

注浆时，需实时监测具体的参数情况，进行科学、合理地调整。

二次注浆：时刻监测地面的沉降情况，根据实时反馈结果，合理把控注浆量及注浆压力。

注意，二次注浆压力要低于同步注浆压力。

三次注浆：避免盾尾后方出现沉降情况，向盾尾后面的4环管片注入双液浆，其中纯水泥和水玻璃溶液的体积比为（1～2）︰1。

为保证注浆稳定性，在实际施工过程中，要遵守少量多次原则，并结合实际沉降情况和相关参数进行合理调整。

在完成前三次注浆施工之后，还需要进行第四次或者多次注浆填充，以此控制后续沉降情况。

在进行后续注浆过程中，可结合实际情况选用单液浆或者双液浆。

注浆施工过程中，注浆的位置、压力以及注浆量等都需要结合实际沉降情况进行合理控制和调整。

2.4 其他控制措施
结合本工程实际情况，在进行挖掘施工的过程中，刀盘运转可能会对上部建筑房屋的桩基产生一定影响和扰动。

因此，在进行此阶段施工过程中，需做好以下工作：（1）控制好刀盘开挖范围以及盾构垂直方向上的前点轴线偏差，尽量减少对桩基的入侵深度和范围；
（2）控制土压力波动为±0.1bar以下，以确保整体施工稳定性；
（3）减少刀盘运行转速，最佳控制为0.6r/min左右；
（4）结合实际情况，合理降低掘进速度；
（5）由于此区段上部存在建筑，因此需要严格控制出土量，避免由于超挖造成沉降；
（6）实时监控地面房屋的状态和沉降变形，及时向盾构施工技术人员反馈数据信息，以有效调整挖掘参数。

结束语：
本次地铁盾构建设施工中，基于地层沉降风险及其变形规律，本文提出了参数控制、姿态控制、前期沉降、掘进过程沉降、盾尾注浆以及其他多种控制措施。

相信随着对地铁盾构下穿地层沉降的深入研究，我国的地层沉降控制技术水平将得到进一步提升。

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