盾构施工对道路沉降控制

浅谈盾构施工对道路沉降控制

摘要: 本文是作者近几年的工作经验总结的，对盾构隧道引起的道路沉降进行了预测，得出两种方法的计算结果较吻合，并提出了道路沉降的控制措施，以减小沉降，为盾构隧道的顺利实施提供了依据。

关键词: 盾构法，沉降预测，沉降控制

中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：

1工程概况

南京地铁某地铁站隧道采用土压平衡盾构法施工，隧道穿越城区道路，隧道穿越地质概况为: ①杂填土层，主要以建筑垃圾为主;

③-1粉土层，灰色～灰黄色，局部含少量粉砂，干强度中等，韧性中等; ④淤泥质粘土层，浅灰色～灰色，干强度高，韧性高，软塑～流塑; ⑤粉质粘土层，褐黄色、灰黄～灰绿色，干强度高，韧性高，可塑; ⑥粘土层: 灰～浅灰色，干强度高，韧性高，可塑～硬塑; ⑦粉质粘土层: 灰色、灰黄色～灰绿色，干强度高，硬塑～坚硬。具体物理力学指标见表 1。

表 1 隧道穿城区处土层的物理力学指标

2 地表沉降的预测与分析

2.1 经验公式法预测地表沉降peck在大量实测地表沉降数据的基础上，提出了地表沉降槽呈现正态分布曲线，沉降槽的体积等于地层损失的体积，并提出隧道施工产生的地表沉降横向分布的经验

公式:

s( x) = smax·exp( －x2/2i2)

其中，s( x) 为距离隧道中心线 x 处的地表沉降，m; smax为隧道中心线处最大地面沉降，m; x 为距隧道中心线的距离，m; i 为沉降槽宽度系数，m; vs为隧道单位长度土体损失量，m3/m。

关于隧道单位长度土体损失量，其大小不仅与工程地质、水文地质条件等有关，还与施工方法、施工技术和管理水平等因素有关。目前，隧道单位长度土体损失量的计算方法主要有: 1) 经验方法: 根据类似工程施工经验，选择一个合适的土体损失百分率 vl，则vs= vlπr2，其中，r 为隧道外半径，对于粘性土 vl通常为0.5% ～

2.0%［2，3］; 2) 采用 lee k． m．等提出的等效土体损失参数

g 进行计算:

vs= π( rg － g2/4)

其中，g 为等效土体损失参数，具体参见文献。

沉降槽宽度系数 i 决定了盾构施工对周围土体的影响范围。国外学者［5，6］通过理论分析和实测资料，对沉降槽宽度系数给出了不同的经验公式。国内学者璩继立等通过对实测数据进行拟合，指出: 沉降槽宽度系数与隧道轴线埋深的八次幂成线性关系; 刘

建航等提出以下公式来计算沉降槽宽度系数:

其中，z 为地面至隧道轴线深度;φ为各土层有效内摩擦角。

此穿堤隧道外半径为 4.05 m，土的内摩擦角17.2°，隧道顶部覆土厚 27． 45 m，采用 peck 法计算不同土体损失率下，道路各

处沉降值，见图 1。

距隧道中心线距离/m

图 1 不同地层损失率下道路沉降曲线图（peck 公式）

如图 1 所示，隧道盾构后，土层沉降对称分布，最大沉降出现在隧道中心轴线处。土体损失量为 0． 5% ～0． 8% 时，沉降最大值分别为:6.9 mm，8.3 mm，9.7 mm 和 11.1 mm。

3 地表沉降的控制措施盾构施

工导致的地面沉降的因素很多，主要有: 隧道覆土厚度、盾构外径、盾尾注浆的填充率等因素。对于某一特定的隧道工程，盾尾注浆的填充率则是影响地面沉降的关键因素。根据工程实践，土体的弹性模量、盾构推进时土仓压力以及地下水位均对地表沉降产生一定的影响。

图2 不同地层损失率下道路沉降曲线图（plaxis 法）

由于隧道所穿越城区，需要采取有效的措施控制道路沉降值，通过分析类比类似工程，提出如下道路沉降控制措施:

1) 采用土压平衡模式掘进，严格控制出土量，确保土仓压力工作面的稳定，控制道路沉降值;2) 优化同步注浆和壁后注浆的工艺和参数，及时并极大极限充填空隙; 3) 采取盾构后对土体的复注浆加固，可以减小土体次固结量; 4) 加强道路沉降和隧道的变形监测，严格控制同步注浆的压力，一旦发现异常，及时调整掘进参数并采取加固措施，确保海堤和已建成隧道的安全。

4 结语

1) 盾构施工引起的道路沉降受多种因素的影响，主要有隧道覆

土厚度、隧道外径、开挖面压力、地层物理力学性质、施工条件等，其中盾尾注浆的填充率则是影响道路沉降的关键因素; 2) 盾构机通过后，隧道左右土体有靠近隧道的水平移动; 土层沉降对称分布，最大沉降出现在隧道中心轴线处，隧道上方的地层沉降随深度增加而增加，在接近隧道顶端位置达到最大，在隧道下方土体出现向上的位移，在隧道底端达到最大; 3) peck 经验公式和plaxis 有限元计算结果基本吻合，得出了盾构过程中道路横向沉降的基本规律: 地表沉降呈对称分布，隧道轴线正上方地表沉降最大，向左右沉降分别逐渐减小; 4) 盾构施工过程中应严格控制出土量，采取预先注浆加固隧道上方土体、同步注浆、壁后注浆和盾构后复注等措施来控制道路沉降。