地铁盾构施工中的地表沉降及其控制技术
摘要地下盾构穿过复杂的富水地层时地层极易失水而造成地面沉陷。结合工程实例，阐述了采用注浆技术解决此类问题的技术思路、方法及具体实施工艺。
关键词盾构施工地表沉降注浆控制
1引言
随着城市化的快速发展，城市所面临的交通、土地矛盾日益突出，因而，地下隧道交通及各类地下工程成为解决矛盾的一个重要方面，大量的地下工程建设引发的地面沉降，地面塌陷和地面裂缝层出不穷，如何避免和防止城市地铁工程建设中的地面变形地质灾害问题已成为地铁工程建设中的重要课题。
2地铁工程产生地质灾害的工程地质特性
在城市地铁工程建设中，地质灾害多发的地层一般为松散人工堆积层，河相、湖相或滨海相沉积覆盖层，岩层多为软弱、裂隙发育或风化强烈或岩溶发育的地层，具体有人工杂填土层、砂层、粉细砂层、砂砾( 卵) 石层或孔隙率高的黏土层、淤泥层、透水性强的构造破碎带、强风化、中风层、以及岩溶地层。这类地层的普遍特性是高孔隙率、高含水、高透水性。
3地质灾害成因分析
在城市地铁工程建设中，无一列外不是必须对地层实施开挖、掘进，实际上，在对原始地层进行开挖、掘进的过程，即是对地下水文工程地质环境的破坏过程，它不但改变了地层的应力结构，即使在构建起人工结构后，也强制地层应力进行重新分布、平衡，在这个过程中，必然引起地层变形的发生，严重的引起地面变形沉降、开裂，建筑物变形、开裂。尤其是高地下水位条件下，地层开挖掘进时，大量地下水沿开挖面流失并排出，造成地下水位大面积下降，从而引发一系列地面地质灾害问题。
4典型沉降变形控制及防治技术
4．1盾构施工引起地面及建筑物下沉并变形开裂
4．1．1灾害现象及成因
在某地铁施工中，当向盾构机土仓加压至2．3 bar时，发现盾构机部位地面出现隆起的现象，且地面补注浆孔施工时所挖的探槽多点窜气; 监测数据显示地面下沉幅度较快。2009 年6 月10 日晚11 时，
盾构机盾尾上部的地面建筑物—汽车修理厂部分地面突然下沉，面积约40 m2，下陷深度约2．5 m，同时出现房屋基础的独立柱下沉，墙面开裂。
根据区域详勘和补勘阶段地质资料，盾构机所处部位( 地表以下约22 ～28 m) 区间地层为: 上覆第四系覆盖层，覆盖层主要为冲积～洪积土层及残积土层。下伏基岩为风化花岗岩、花岗片麻岩和花岗岩。基岩包含全风化、强风化、中风化三个风化岩带。隧道区间大部分位于全、强风化层，地层空隙率较高，中、强风化层为富水地层。水压大且具有连通性。
根据水文工程地质条件及盾构施工情况综合分析，引起地面下沉及建筑物变形的主要原因为:盾构机在穿过覆盖层及风化软弱地层时，因外围未形成有效防护，在地层土压力及水压力作用下，随着盾构机的掘进，大量泥水混合物涌进土仓造成严重超挖及水土流失，致使隧道顶部地层在上覆压力作用下发生变形坍塌，变形坍塌不断延伸从而导致地面塌陷变形、建筑物变形开裂。
4．1．2治理技术方法
( 1) 方法与步骤
①首先采用混凝土对塌陷区进行回填;
②对修理厂房屋地板以下的脱空区进行回填灌浆处理;
③采用黏土水泥复合浆液将盾构机土仓回填密实;
④采用黏土水泥复合浆液在盾尾形成止水环，控制已掘进完成的隧道管片与围岩间的水流和部分裂隙水;
⑤采用黏土水泥复合浆材从汽修厂车间地面对盾构机土仓周边地层进行帷幕灌浆施工;
⑥在上述工作完成后，利用盾构机上预留的超前注浆孔进行适当补强。
( 2) 施工工艺
①灌浆材料。
由于盾构机刀盘前方地层空隙率高，且地层富水，要求止水灌浆不能固住盾构机。采用黏土复合浆液或复合膏浆先进行充填灌浆，然后再采用部分mj 双组分低强度化学浆材进行止水。
②采用黏土水泥复合浆材将盾构机土仓回填密实。
利用盾构机土仓胸板上的注浆孔，采用排水与注浆结合的方式，对土仓内空间分3 ～4 次将土仓空间注满。注浆材料初凝时间6 ～12 min，3 d 抗压强度0． 3 ～1．0 MPa。
③通过注浆在盾尾形成止水环。
为减少土仓水的来源，对已形成隧道的管片与围岩间的水流和部分裂隙水通过注浆进行控制，并在盾尾后形成较宽的止水环。止水环灌浆孔布置于盾尾后的第 3 ～9 环间的管片拼装孔( 或缝) 上，先施
工管片上的拼装孔，按3 排一个循环进行施工。止水环施工前先将需处理环间管片上的拼装孔钻穿两个，量测排水量和水压，并做连通试验。处理过程中用球阀封闭排水，灌浆压力1 MPa。灌浆结束标准: 单位吸浆量不大于1 L/min，持续10 min。
注浆材料为黏土水泥复合浆材，初凝时间16 min，3 d 抗压强度1 MPa。特殊情况下灌入化学浆材或速凝双液浆止水。
④用低强度化学浆材回填盾壳与围岩间间隙，防止盾壳被固住。
为保证盾构机盾壳不会被较高强度的灌浆材料固住，在对掌子面注浆前先用低强度的溶液型浆材充填盾壳与围岩空间。回填过程应与盾壳周边的排水结合，让浆材尽可能充填满。回填压力应小于0．6 MPa。
⑤地面注浆帷幕。
要求在盾构机土仓周边形成止水帷幕体，并对掌子面进行适当加固，施工完成后要求能将盾构机前行部位达到基本止水和空隙地层的有效充填，设计在盾构机土仓部位周边布置钻孔，加固底板深度30 ～32 m，刀盘前方4 ～6 m，钻孔轴线距刀盘左右各2 m，隧道顶部4 m。钻孔垂直盾构机轴线布孔5～6 排，排距和孔距1 ～1．2 m，盾尾与刀盘部分以上孔深距隧道顶1 m。
灌浆浆材采用黏土水泥复合浆，初凝时间16 min，3 d 抗压强度1 MPa。为提高浆材的固结强度，施工中可将水灰比调为1∶ 1，其他参数不变。
灌浆采用压力为0．3 ～0．6 MPa。以盾构机土仓内最大压力不超过3．5 bar 为上限控制标准。
当吸浆量小于1 L/min 时，再持续灌浆30 min后结束灌浆。
⑥超前注浆。
超前注浆作为地面注浆的补充，施工过程要求钻孔与灌浆紧密结合，钻完一孔即灌浆一孔，不得同时施工多孔，防止对地层的扰动。不一定需要将所有的预留孔全部施工，应根据地层的加固效果确定孔数和施工的深度。
实际上，盾构机在土仓壁上已布置有超前注浆孔施工位置( 见图1) ，先沿盾构机轮廓预留的超前注浆孔布置9°外倾孔，孔深约5 ～7 m，实际入土或入岩深度为2 ～4 m，要求钻孔尽量深; 再施工水平孔，各类孔均分三序施工; 施工过程中应采用孔口导流和适当封堵，尽量防止水和泥沙大量涌出，使地层失水加速下沉。
灌浆: Ⅰ序和Ⅱ序孔灌入黏土水泥复合浆液，要求浆液7 d 强度大于3 MPa，初凝时间约6 ～12 min; Ⅲ序孔灌筑低强度速凝高分子止水材料。施工中，在盾构机土仓传感器监测到的压力不超过3．5 bar 情况下，尽快达到灌浆压力，或者保证注入率大于30 L/min，直到该孔基本不吸浆30 min 后停灌。所有黏土水泥复合灌浆孔全部施工完毕后，待凝24 h 后再进行Ⅲ孔的钻孔灌浆。
灌浆过程以盾构机土仓传感器压力小于3．5 bar为控制标准，在土仓压力不上升情况下灌浆压力尽可能大，但应确保地面不冒浆。
4．1．3治理完成可恢复掘进施工的条件
在土仓超前注浆孔上适当部位布置检查孔，如果钻孔不塌孔，且渗水量不大于5 L/min，则可以启动螺旋出土器出土，然后再开闸检查，确认土仓无明显渗水及流土，则可恢复掘进施工。
4．2盾构换刀预防地面沉降加固技术
4．2．1工程概况
隧道由两条单线单洞区间的盾构法隧道组成。设计里程为Y ( Z) DK-0-631．525 ～Y ( Z)
DK-2-411．300，右线隧道长1 779．775 m，左线隧道长1 784．897 m( 长链5．122 m) ，全长3 564．672 单线延长米。区间沿线地面条件复杂，经过地面设施主要有城市交通主干道、河涌、高架桥、建筑物等，车流量大，人员密集，建筑物稠密。
截止2009 年9 月5 日，右线海瑞克盾构机掘进到647 环，隧道埋深25 m，盾构机所在位置地面为一工商学院院内，海瑞克盾构机盾尾距学生宿舍9号楼净距2．6 m，刀盘距学生宿舍10 号楼净距离为5．11 m，两栋房屋均为框架结构，锤击灌注桩基础，A072 栋房屋桩长13 m，A070 栋房屋桩长15 m。左线小松盾构机掘进到550 环。
左右线盾构机位置见图2。
4．2．2工程地质及水文状况
( 1) 工程地质情况
在ZDK-1-435 处，隧道断面主要地层为＜7H ＞和＜9H ＞; 在YDK-1-433 处，隧道断面主要地层为＜7H ＞、＜9H ＞，隧道上部为＜6H ＞地层。
花岗岩残积土＜5H-2 ＞: 呈褐黄、灰褐色，硬塑状，黏性差，含有石英砂粒，遇水软化、崩解。
强风化花岗岩＜7H ＞: 呈褐黄、灰褐、浅黄、浅灰色等，风化强烈，原岩组织结构大部分风化破坏，但原岩结构清晰可辨，岩石风化裂隙发育，风化不均，岩芯呈半岩半土状、碎块状，局部夹中风化岩块，岩质极软，岩块用手易折断，具遇水易软化、崩解特点。
中等风化花岗岩＜8H ＞: 呈深灰、灰白、浅黄等色，中细粒结构，块状构造，组织结构部分破坏，裂隙较发育，岩石硬，较破碎，裂面伴有铁染，岩芯多呈碎块状，少量长、短柱状，风化不均匀。
微风化花岗岩＜9H ＞: 呈深灰、灰白色，块状结构，裂隙较发育，岩石坚硬，较完整，岩芯多呈长、短柱状，少量块状，锤击声脆。
( 2) 水文地质情况
本区段地下水有第四系孔隙水及基岩裂隙水两种类型。
一种是其富水性较好，透水性强，属中等～强透水地层; 根据其赋存条件，一般为潜水特性，对局部埋深比较大，上覆土层较厚地段具弱承压性特点。
另一种是基岩裂隙水主要赋存于基岩强风化、中等风化的裂隙中，地下水埋深一般为10 ～20 m，由于岩性及裂隙发育程度的差异，其富水程度与渗透性也不尽相同，一般比较差。由于强风化带上部全风化岩和残积土以土性为主，透水性差，一定程度上起到相对隔水作用，因此本基岩裂隙水具承压水特性。
4．2．3换刀加固技术方案
小松盾构机拟在646 环( 刀盘在ZDK-1-436) 处检查及更换刀具，考虑到小松盾构机压气作业较困难，需采取地层预加固后常压进仓检查及更换刀具，故此需对检查换刀位置处的地层进行加固。考虑到右线海瑞克盾构机带压作业时掌子面易失稳坍塌，且在目前停机位置( 647 环) 需更换刀具后方可继续推进，
因此需对右线海瑞克盾构机前方地层进行加固，常压开仓更换刀具。刀盘前方地层为＜5H －2 ＞、＜6H ＞、＜7H ＞、＜9H ＞等地层，地面为工商学院内空地，结合以往施工经验，盾构换刀加固采用地面前进式注浆加固。
( 1) 地面注浆加固方案
对刀盘前方掌子面从地面采用前进式注浆加固土体; 盾尾后两环径向注浆形成止水环阻止后方的水流进入土仓; 盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料，对盾壳周围的间隙封闭止水，并起保护作用。
①对盾尾后两环管片的注浆加固。对盾尾后部两环管片径向孔( 每环管片6 个吊装孔) 用双液注浆。注浆深度穿透管片背后土体1 m。
②对盾壳背后注入快速止水高分子材料。利用盾构机壳体上的径向注浆孔向盾壳周圈注入快速止水高分子材料，注入压力小于1．0 MPa，将盾壳周围空隙填充密实，起到止水和利于盾构机脱困的目的。
③对刀盘前方土体加固。从地面采用前进式注浆加固，加固范围为: 盾构机刀盘前方沿线路前进方向隧道边线左右各外扩1 m，布设2 排注浆孔。加固孔位采用梅花形布置，孔间距1 200 mm，排距600 mm，加固深度为隧道上方3 m 至＜9H ＞地层0．5 m。
( 2) 对右线海瑞克盾构: 先对盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料; 再从盾尾后两环径向注浆形成止水环; 之后从地面采用前进式注浆加固刀盘前方土体。土体加固完成之后，人工在常压状态从人闸口进入土仓清除土仓内的渣土，并对刀盘开口部位采用木板封闭，在清仓的同时进行原位换刀; 换刀结束后，转动刀盘，取掉封闭刀盘开口的木板，关上仓门; 对土仓内采用膨润土+ 粉煤灰+ 砂浆液回填; 再进行盾构推进。
( 3) 对左线小松盾构: 先从地面采用前进式注浆的方法对拟换刀位置的刀盘前方进行土体加固，盾构推至加固体0．5 m 后停机; 再对盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料，并从盾尾后两环径向注浆形成止水环; 之后采用螺旋输送机出土，人工在常压状态下从人闸口进入土仓检查刀具; 如需更换刀具，对刀盘开口部位采用木板封闭并更换刀具; 检查或换刀结束后取掉封闭刀盘开口的木板，关上仓门; 再进行盾构推进。
通过以上盾构换刀加固技术方案的实施，可确保在盾构穿过复杂地层进行换刀时，在土仓卸压条件下，正常进行换刀作业，并避免因减压而造成水土流失，引起地面及建筑物的沉降破坏。
5结束语
随着大量城市地下工程的开工建设，施工中遇到的各类地质环境灾害问题日益突出，经多年的研究与实践，在岩土工程及地质灾害治理方面积累了一定的经验，并研究开发了诸如覆盖层及软弱地层控制注浆工艺技术，成套控制注浆材料制浆、泵送技术与设备，高精度水平预应力锚索施工技术等多项专利技术及设备。在此，愿与各位同行专家一起共同努力，不断推进地下工程技术的发展和进步。
1.1管片质量保证措施 （1）管片生产质量保证措施 1）严格控制管片模具的精度，按照精度要求对管片钢模定期进行检查和校正。 2）要求混凝土所使用的原材必须符合设计及施工规范的要求，应有出厂合格证和相应的试验报告。 3）严格审查管片生产工艺和质量保证措施,认真做好过程控制。指派专门的管片质量检查人员每周不定期去构件厂检查管片生产过程的质量、原材料及生产工艺的控制情况，要求构件厂提供从原材、生产及试验的所有资料，并结合检查记录分析等形成质量周报，并报业主及监理等单位。 4）要严格做好出厂检验及现场的验收工作，事先制定出厂检查及现场质量验收标准。 5）事先计划好现场管片的存放、运输及拼装作业。要有管片的使用计划。 （2）管片拼装质量保证措施 1）选取管片时要多方面考虑，选取管片时也要本着“勤纠偏、小纠偏”的原则进行，以减小片拼装时的错台。 2）确保质量合格、管片类型符合工程师指令的管片才准进洞。 3）严格按指定的拼装工艺进行拼装。 4）拼装过程中经尺量管片错台符合拼装要求后，再将管片就位。 （3）管片衬砌防水质量保证措施 1）确保管片的自身防水符合设计要求，并对管片弹性密封垫入洞前进行严格的验收。 2）严格控制拼装工艺，提高管片拼装的质量。 3）在管片拼装前先于弹性密封垫上涂抹润滑剂，以减少弹性密封垫在拼装中出现的错位。 4）安装管片螺栓接头前检验止水垫圈完整方可安装螺栓。 5）盾构掘进时盾尾空隙注浆要严格控制配比，以形成稳定均匀的管片防水层。
（1）盾构施工轴线控制措施 1）所使用盾构机须装备有高度现代化的自动实时监控测量指引系统。 2）在盾构隧道施工之前，要严格按要求建立起一套严密的人工测量和自动测量控制系统，根据自动的精度和工程的精度要求决定人工控制测量和复核的内容及频率。 3）认真做好盾构机的操作控制，按“勤纠偏、小纠偏”的原则，通过严格的计算，合理选择和控制各千斤顶的行程量，从而使盾构和隧道轴线在容许偏差范围内，切不可纠偏幅度过大，以控制隧道平面与高程偏差而引起的隧道轴线折角变化不超过0.4%。 4）合理使用超挖刀和铰接千斤顶来控制盾构机轴线，从而实现对隧道轴线的线形控制。 5）管片的类型和拼装方式的控制，依据隧道中线和设计中线以及盾构机和管片的关系，通过计算修正曲线来确定管片的类型和超前量。 （2）盾构施工沉降控制措施 认真进行现场环境条件的调查，并结合线路的走向做好地面的监测工作。准备进行的与沉降有关的监测项目有：地表沉降监测、地面建（构）筑物变形监测、地下管线变形监测、河底沉降监测、隧道收敛监测。 1）监测点的观测频率、范围与数据处理 2）盾尾注浆压力和注浆量是直接影响地面沉降的关键因素，在施工中要严格按规定程序和下达的施工指令进行注浆操作，精确控制注浆压力和注浆量。 3）严格控制盾构机的姿态 在盾构掘进施工过程中，盾构姿态变幅越大，盾构机越难控制，对地面沉降的影响也越大，要坚持“勤监测、勤纠偏、小纠偏”的原则，尽量实现盾构的平缓推进；严禁一次性大幅度纠偏，造成过大超挖和对周围土层的扰动。每次盾构机的纠偏量应不超过3cm（0.5%D）。 1.3联络通道施工质量保证措施 （1）测量放线准确，从地面引测后，尽早从隧道内进行检测。 （2）衬砌之间的防水板接缝严密，焊钢筋时设隔垫板保护。
武汉地铁2号线盾构施工对地表沉降影响分析 【摘要】对武汉地铁2号线盾构掘进施工过程中地表沉降监测数据统计，并根据Peck理论进行拟合对比分析，得到盾构施工引起纵横断面地表沉降的特点:纵向上，盾构机切口前30m以内和后50m以内为影响区域，其中又以切口后50m为显著影响区，盾构通过该区域产生的沉降占总沉降量的80%～90%，盾构对某断面上影响范围在沿盾构中心轴线向左右两侧延伸10～18m;对武汉粉质黏土夹粉土粉砂层，盾构掘进引起的地表沉降数据累计变化控制指标宜为－40mm，盾构机切口通过监测断面6～20m范围内单次平均变化速率控制值宜为－15mm/d。 【关键词】地铁;盾构施工;地表沉降;Peck公式 武汉汉口地区工程地质、水文地质非常复杂，既有深厚软土，又有粉土、粉砂、互层及承压水的影响。在此种地质条件下进行地铁盾构施工，对变形控制有更加严格的要求。本文结合Peck理论对武汉地区盾构施工引起地表沉降变化情况进行初步分析，以期得到适用于武汉特殊地质情况下盾构施工对地表扰动的沉降控制标准。 1、工程概况 武汉地铁2号线一期工程某区间位于汉口，线路周边各种建筑物密集、地下管线密布，场地地貌为长江北岸冲积I级阶地。盾构起讫里程为:CK4右+743.906～CK5右+758.399，右线长1 014.493m，左线长1 017.576m，总长2 032.069m。区间设一个联络通道，与泵房合建，里程为:CK5(右)+220.000;设有2个平面曲线，最小曲线半径700m，线间距12～15m。线路最大纵坡坡度14‰，最小坡度2‰，区间结构平均覆土厚度约11m。 该区间隧道为外径6m、内径5.4m、管片拼装衬砌的单洞圆形隧道，管片环宽1.5m，管片采用C50，P12混凝土。 区间左线掘进采用新购法国维尔特EPB盾构机，开挖直径6 280mm，护盾直径6 262mm，主机长9.5m，整机长约77m，盾构及后配套总重450t(主机约300t)，最小转弯半径250m，最大坡度35‰，整机使用寿命10km。 2、水文地质条件 盾构区间地层物理力学指标如表1所示。盾构隧道掘进地层主要在③4，③5层。地层静止水位埋深3.8m左右，且与长江、汉江有较密切的水系联系，整个盾构施工全部在地下水位以下。 3、地表沉降监测方法 3.1监测点布置 隧道纵向上沿中心轴线每隔20m布设一个监测断面;横向上，每个断面沿轴线中心点向两边每隔3m布设一个监测点，共5个。为减小路面结构对观测效果的影响，所有沉降监测点均埋设于原状土层内，由套管保护至地面。监测点埋深约1.5m，到原状土为止。
地铁施工沉降监测分析与控制 发表时间：2018-07-18T10:26:33.207Z 来源：《基层建设》2018年第18期作者：黄碧勇 [导读] 摘要：地铁工程的建设与发展为缓解城市公共交通、提高城市道路利用率奠定了基础。 身份证号码：45272819901110xxxx 广西南宁市 530000 摘要：地铁工程的建设与发展为缓解城市公共交通、提高城市道路利用率奠定了基础。在进行地铁工程的施工过程中，由于开挖施工将扰动地下土地、造成地表及地铁地层沉降的发生。当土体变形发展到一定程度时会严重危害地表建筑、道路、地下管线的安全，造成十分严重的经济损失和社会影响，因此在地铁隧道施工中要特别注意控制地表沉降和变形，做好防护措施，保证工程质量，保证隧道周边既有建筑的安全。针对这样的情况，加强地铁施工过程中地层沉降的控制与检测成为了现代地铁工程建设的重点。本文就地铁地层沉降控制与检测进行了简要论述。 关键词：地铁隧道；开挖施工；沉降控制； 1 影响地铁车站暗挖沉降的主要因素 （1）地层初始应力的释放。这个是地面沉降发生的主要原因，因为地层中开挖隧道必然破坏原始应力状态，应力释放，必然导致地面沉降。 （2）施工过程中的爆破振动。由于在岩石地层中施工矿山法隧道必然要采用爆破措施，所以爆破产生的振动波对地层的扰动也是不可忽视的，通常会加剧沉降的发生。 （3）支护的及时性及有效性。设计图纸的实现是需要施工单位去完成的，但是不同的施工技术水平对工程的控制也会造成很大影响。支护施做的是否及时和有效对地面沉降影响也是不容忽视的。 （4）地下水的渗流。地下工程的施工必然会导致地下水流失，就会产生渗流场，如果控制不好，渗流导致的地层流失对地面沉降也会起到加剧作用。 2 地铁车站暗挖沉降的控制策略 （1）施工工程及时复核地质情况，需要地勘单位，设计单位，监理单位和施工单位进行现场跟踪反馈，对地质发生变化的区段及时调整支护参数。 （2）及时支护，因为初期支护的及时性对控制变形很关键，必要时可以在爆破出渣后立即施作初期支护。 （3）控制爆破，爆破虽然是岩质地区必须的施工措施，但是在工程中控制好进尺，做好严密的爆破方案，对控制地面沉降是有很大好处的。 （4）保证支护的有效性，这个是施工质量控制的问题，可以严格监督现场，必要时进行衬砌背后注浆，保证支护与岩石的密贴。（5）适当封堵地下水，地下水完全封堵是不现实的，也是不必要的，在不影响施工作业和工程质量的前提下，适当排放一点地下水是可以的。这一点可是通过严格控制注浆工艺来实现。 （6）加强监控量测及数据分析，地下工程是一个动态化设计过程，必须要全过程监测，并对数据进行细致的分析，从而及时完善设计，保证施工的安全。 3 工程实例分析 3.1 工程概况 地铁3号线某一车站工程，全长950米，区间线路隧道顶板埋深约为7.5～15m。为大跨度暗挖车站。项目线路穿越范围内有众多管线。区间采用暗挖法施工，在右线K26+164.500处设竖井及横通道一道，竖井为临时竖井，区间施工完成后进行回填，横通道为拱顶直墙复合式衬砌结构，与联络通道合建。左线区间与综合楼B座净距约3.0m。楼房地上22层，地下3层，筏板基础。 3.2 沉降控制的思路 施工中会造成地层的地层损失、原始应力状态变化、土体固结、土体的蠕变，同时还可能发生支护结构的变形等情况的发生。所以，进行地层沉降控制，其出发点是保持或者加强原有地层的稳定性，维持其稳定的应力平衡状态。 3.3 地铁沉降控制策略 资料表明，区间隧道施工引起地表沉陷的程度主要取决于：（1）地层和地下水条件；（2）隧道埋深和直径；（3）施工方法。其中，施工方法的影响更为明显。同样的地质条件和设计，不同的施工方法引起的地表沉陷会有很大的差异。地铁的施工方法主要有3种：明挖法、新奥法和盾构法。明挖法由于对地面交通干扰大，且因敞开作业对周围环境干扰、污染严重，现在已经较少使用。新奥法和盾构法对环境干扰小，是主要的施工方法。 3.3.1 超前支护及注浆 超前支护和地层加固是安全开挖的重要保证。根据该地区的地质特点，一般在降水后采取超前管棚、小导管注浆、锚杆加固地层等方法。本区间断面尺寸为6.82×6.58m，设置临时仰拱，格栅间距为500mm，衬砌厚度为300mm，设置单层网片，网格尺寸为 150mm×150mm ；超前小导管采用φ42×3.25mm钢管，长度为2.5m，环向间距300mm，打设范围拱部130°，人防段断面尺寸为9.63×9.3米，设置临时仰拱及中隔墙，衬砌厚度为35cm，格栅间距为500mm，超前小导管长度为1.7米，纵向每榀设置。超前小导管注浆根据地层变化情况，采取不同的加固方式，并及时调整参数。如砂层应采用小导管注浆，注浆的浆液根据变化情况适时调整；。在一般段落超前小导管隔榀打设，在过相邻建筑物及管线等一二级风险源处每榀设置超前小导管，超前小导管长度为2.5米和2.0米。另外，为保证掌子面稳定，必须保留核心土，且核心土的面积不小于断面截面面积的1/2为宜。 3.3.2 开挖后及时封闭 封闭有主要为开挖面的封闭和结构断面的封闭。开挖面的及时封闭就是尽可能减少开挖面的暴露时间。据统计，很多坍塌都出现在班组交接时，上个班组正在开挖过程中，下个班组未能迅速进人工作状态，秩序紊乱，延误了开挖面的封闭，从而造成坍塌。必须协调好工序及班组衔接。另外在特殊段施工时可以缩短开挖步距，以减少暴露时间，达到早封闭的效果。 3.3.3 背后回填注浆 现场施工人员为了减少回填注浆作业对初衬施工的干扰，往往在成环隧道后面30～50 m处进行初衬背后回填注浆工作，也有些单位
盾构施工近距离下穿地铁线路沉降控制技术 发表时间：2019-04-28T10:00:34.173Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：史天增[导读] 摘要：地铁工程的大量建设，让城市中盾构施工变得越来越多，如何控制盾构施工下穿地铁线路的沉降是施工中的一个重难点，对于保证地铁施工的高质量和安全性具有重要意义。 中铁十一局集团城市轨道工程有限公司摘要：地铁工程的大量建设，让城市中盾构施工变得越来越多，如何控制盾构施工下穿地铁线路的沉降是施工中的一个重难点，对于保证地铁施工的高质量和安全性具有重要意义。本文从盾构施工下穿地铁线路的五个阶段出发，结合工程实例，对不同阶段采取了有针对性的控制措施，保障了地铁施工的安全。 关键词：盾构施工；下穿地铁线路；沉降控制 一、工程概况 某市地铁区间为单洞单线区间，区间起点为机场北站，终点为吊出井，起点里程为YDK41+437.900，终点里程为YDK42+343.576（ZDK42+335.972），区间长度905.676m（左线898.072m），线路埋深在19m～27m之间，最小线间距12.05m。区间线路自机场北站先后以24‰、28‰及4‰坡度向下直至吊出井。机～吊区间右线在机场北站大里程端（对应里程：DK41+437.9）始发掘进，始发直线掘进211m后在里程DK41+659.8（对应环号：142环）处先后下穿既有运营的11号线右线、11号线入场线、11号线出场线及11号线左线。 盾构施工近距离下穿地铁线路是施工难点，特别是结合地下不良地质条件的影响，使得土体易受施工影响发生沉降，施工控制难度加大。 二、盾构施工下穿地铁线路沉降控制措施分析 盾构施工造成的土体沉降主要是因为施工过程对于土体的扰动和水土流失造成的。其可以分成五个阶段，第一阶段，盾构施工还未达到断面，地下水位降低导致沉降；第二阶段，盾构通过该断面前，因控制不足，导致前方土塑性变形引起沉降；第三阶段，盾构通过断面，由于刀盘与盾体之间存在15mm间隙及超挖、纠偏、盾构外侧与土体之间接触导致沉降；第四阶段，盾构通过该断面后产生的弹塑性变形，因衬砌处理不当导致的沉降；第五阶段，盾构通过断面后，发生的后续沉降。针对沉降五阶段分别采取不同控制措施： 1.前期沉降控制措施 为保证盾构顺利掘进上软下硬地层，在出入线与正线之间用A600@150垂用高压旋喷桩对隧道上软下硬段进行预加固处理。加固区域和深度见下图所示。 图1 盾构通过区域加固示意图盾构机下穿11 号线隧道前，在11号线隧道出入线洞内对11号线隧道下方土体进行注浆加固。注浆范围： (1)隧道深度范围内，加固范围为：既有地铁11号线隧道底部至强风化花岗岩岩面，若强风化花岗岩岩面位于机～吊区间隧道拱顶以下，则加固至机～吊区间隧道顶。 (2)在地面上使用WSS斜孔注浆对下穿11号线正线影响区进行使用WSS注浆进行预加固处理。 2.开挖面沉降控制措施 盾构掘进开挖面沉降主要通过土压控制、出土量、掘进参数调整进行控制。为了保证开挖面的稳定，保持开挖面土压平衡、对土仓压力进行实时监测，对土压设定进行试验。根据开挖面土压平衡、控制出土量。对总推力、推进速度、刀盘扭矩、千斤顶压力进行监测并分析其随地层条件变化的规律。 3.盾构通过时沉降控制措施 本工程选用海瑞克盾构机，刀盘设计直径为6980mm，前盾直径为6950mm，刀盘较盾体直径大30mm，为减少该阶段沉降，应尽量缩短盾体通过时间，因此需保证盾构能连续掘进，防止盾构机发生不必要的停机。而当盾构机应特殊原因在下穿地铁期间时，通过盾构机盾体上的径向孔向盾体周边注入厚浆土，以填充盾体周边的孔隙，减小盾体通过阶段的沉降。 4.盾尾空隙沉降控制措施 （1）同步注浆 盾尾与管片脱离后，管片与土体间会出现14cm建筑孔隙，掘进过程中盾尾同步注浆管在建筑孔隙中注入同步浆液填充，以防止盾尾与管片脱离后土体坍塌，造成地面沉降过大。 ①注浆量 同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙，但同时要考虑盾构推进过程中的纠偏、浆液渗透（与地质情况有关）及注浆材料固结收缩等因素。注浆量按下式进行计算： Q=V?λ 式中： Q——注入量（m3） λ——注浆率（取1.2～1.5，曲线地段及沙性地层段取较大值，其它地段根据实际情况选定） V——盾尾建筑空隙（m3）
盾构法隧道施工引起的地面沉降机理与控制 摘要:本文首先分析了盾构法隧道引起的地面沉降规律和沉降 影响范围,总结了盾构隧道地面沉降的主要影响因素;指明地面沉 降主要源于开挖面的应力释放和附加应力等引起的地层变形,并对地铁施工中的地面沉降安全判断标准和控制原则进行了探讨,为城市地铁工程建设提供有益的参考。 关键词:盾构隧道地铁工程地面沉降沉降控制 中图分类号:u45 文献标识码:a 文章编 号:1672-3791(2012)06(b)-0071-02 abstract:this paper analyzes the shield tunnel caused by land subsidence law and settlement of affected areas,and summarizes the main factors of land subsidence of the shield tunnel;specified land subsidence is mainly due to the excavation surface stress release and the additional stress causedstrata deformation,land subsidence and subway construction safety criteria and control principles are discussed to provide a useful reference for the construction of urban subway project. key words:shield tunnel;subway project;land subsidence;subsidence control 盾构法具有不影响地面交通、对周围建(构)筑物影响小、适应复
盾构下穿建筑物沉降分析与控制技术研究-本科毕业论文
中国矿业大学（北京） 本科生毕业设计（论文） 中文题目：盾构下穿建筑物沉降分析与控制技术研究 英文题目：Research on Subsidence Analysis and the Relevant Encountering Measures for TBM undergoing the Buildings 姓名：学号： 学院： 专业：班级： 指导教师：职称： 完成日期： 2012 年 05 月 31 日
中国矿业大学（北京）本科生毕业论文任务书 学院专业 班级学生姓名 任务下达日期：2012年1月18日 完成日期：2012年5月31日 题目：盾构下穿建筑物沉降分析与控制技术研究 专题题目： 主要内容和要求： 1、盾构工法的发展和应用： ①盾构工法发展概况。 ②盾构工法在中国的应用。 2、盾构施工沉降问题的提出： ①阐述对盾构施工沉降的认识。 ②国内外盾构施工沉降分析及控制技术研究现状。 3、对盾构下穿建筑物沉降问题的认识： ①简述盾构下穿建筑物的安全风险。 ②对盾构下穿建筑物沉降规律进行分析与归纳。 4、盾构施工引起建筑物沉降控制技术分析： ①分析盾构施工引起建筑物沉降的主要影响因素。
②阐述控制建筑物沉降的方法及其适用条件和优缺点。 ③工程实例分析与研究。 5、结论和展望： ①谈谈自己对盾构下穿建筑物的理解，通过研究人们对盾构下穿建筑物沉降的分析、控制和处理方法得出自己的结论以及对今后发展趋势的展望。 ②对完善盾构下穿建筑物沉降控制方法以保证施工安全，提出自己一家之言。
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盾构法施工引起地面沉降原因分析及 防治措施
盾构法施工引起地面沉降原因分析及控制方法进入21世纪，世界经济的迅猛发展使城市化建设得到了大幅度的提速。当前，人口不断地向城市聚集，使城市人口和建筑的密集度快速上升，造成能被利用的地面空间越来越少，因此，当今城市现代化建设的重要课题之一便是开发地下空间，为人类创造价值。但各种用途的管线被布置在地下，这便产生了在地下工程施工背景下的一种最佳方法——盾构法。盾构法施工虽然优点颇多，可是也存在诸多问题。本文就盾构法施工过程中引起的地面沉降问题展开讨论，分析产生的原因及寻找控制方法。 一，地面沉降产生原因 1、地层隆沉的发展过程 盾构推进引起的地面沉降包括五个阶段：最初的沉降、开挖面前方的沉降、盾构机经过时沉降、盾尾空隙的沉降以及最终固 结沉降，如图l所示。 第一阶段：最初的沉降。该压缩、固结沉降是因为地基有效上覆土层厚度增加而产生的沉降，也是盾构机向前掘进时因为地下水水位降低造成的。指从盾构开挖面距地面沉降观测点还有一
定距离(约3～12m)的时候开始，直至开挖面到达观测点这段时间内所产生的沉降。第二阶段：开挖面前方的沉降(或隆起)。这种地基塑性变形是由土体应力释放、开挖面的反向土压力、或机身周围的摩擦力等作用而产生的。它是从开挖面距观测点约几米时开始至观测点处于开挖面正上方这段时间所产生的沉降(或隆起)。第三阶段：盾构机经过时沉降。该沉降是在土体的扰动下，从盾构机的开挖面到达测点的正下方开始到盾构机尾部经过沉降观测点该段时期产生的沉降(或隆起)。第四阶段：盾尾空隙沉降。该沉降产生于盾尾经过沉降观测点正下方之后。土的密实度下降，应力释放是其土力学上的表现。第五阶段：固结沉降，它是一种由地基扰动所产生的残余变形沉降。经前人研究发现，第一阶段沉降占总沉降的0～4．5％，第二阶段沉降占总沉降的0～44％，第三阶段沉降占总沉降的15～20％，第四阶段沉降占总沉降的20～30％，第5阶段沉降占总沉降的5～30％。 2、地表沉降的因素影响分析 该因素影响分析的平台是当前使用较为广泛的大型三维有限元分析软件ANSYS，盾构开挖面掘进引起的地表沉降的客观因素包括盾构直径、土体刚度、隧道埋深、施工状况等设计条件；而其主观因素包含施工管理、盾构机的选用形式、盾尾注浆、辅助施工方法等。下面对盾尾同步注浆、覆土厚度、管片宽度、掌子面顶进压力、土体弹性模量和盾构直径六个方面的因素进行分析。
一、汉中门车站基坑施工监测方案 1．1 工程概况 汉中门车站位于汉中路南侧，其南侧为汉中门市民广场，北侧为南京中医药大学，车站西端离虎踞路高架桥最近的桥墩约30m车站总长度为：161. 50米, 车站标准段宽度：20. 90米。顶板埋深约2. 8?3. 6米，基坑开挖深度约20. 93?23. 1米。车站西端南北侧在施工阶段各设一个10nm8m的盾构吊出井，东端车站底板设1. 9X1. 9的电缆过轨通道与I号风道内电缆夹层相界接。车站东西两端北侧设活动塞风道、风井，在南北两侧共设四个出入口通道。车站西端地下三层设防淹门一道（与人防隔断门结合），其承载力按秦淮河百年一遇洪水标高11 . 5m 考虑。汉中门站地形平坦，本场地南侧为汉中门广场。车站设计为地下三层三跨箱形结构，采用明挖顺做法施工；岛式站台，站台宽12m 有效站台长度140m。 根据本工程特点，车站土体基坑围扩设计采用间隔布设、桩芯相切、护壁咬合人工挖孔桩，同时利用人工挖孔桩设混凝土圈梁，与主体结构共同参与基坑围护。车站西端的2、3 号出入口由于地质条件好分别采用锚喷支护及土钉支护；位于车站东端的1、4号出入口采用? 800钻孔灌注桩作为基坑围护结构，桩间距900。地下二层框架结构，围护结构采用密排的? 1000人工挖孔桩，挖孔桩采用钢筋砼桩与素砼桩间隔布设（局部地段采用密排钢筋砼桩），桩芯相切，护壁咬合。东端1号风道为地下三层框架结构，围护结构采用密排的?1200人工挖孔 桩，挖孔桩采用钢筋砼桩，桩芯相切，护壁咬合。围护结构支撑采用?609mm勺钢管支撑（壁厚t=12mm）,竖向设四道，支撑水平间距为5m
1. 2工程地质条件和周边环境情况 1. 2. 1.地形、地貌、地质 汉中门站拟建场区隶属于I级阶地地貌单元。地表以下1. 80—4. 30米为近期杂填土、粉质粘土、素填土；第四系沉积层底板埋深5. 10—22. 90米，主要为全新世?上更新世沉积粉质粘土和混合土：下部基岩为白垩系“红层” ，岩芯为泥质粉砂岩加粉砂质泥岩，软硬相间，属极软岩。汉中门车站地质参数由《南京地铁二号线汉中门站岩土工程详细勘察报告》（编号：2004168-1）提供。穿越的主要土层由上至下依次为：①—杂填土； ①—2b2-3素填土；②—15-2粉质粘土；②一3b2-3粉质粘土；③一lb |-2粉质粘土：③一2b2-3粉质粘土；③一3b1- 2粉质粘土：③一4e粉质粘土：Klg-1a强风化泥质粉砂岩：Klg-2a中风化泥质粉砂岩。 1. 2. 2.水文 本站地下水类型主要为上层滞水、孔隙潜水和基岩风化裂隙水。上层滞水主要赋存于①层填土的碎砖、碎石等杂物的孔隙格架中；孔隙潜水分布在②层软土中；③层硬可塑粉质粘土，可视为相对隔水层；基岩风化裂隙水土要分布于岩石风化界面和粉砂岩、泥质粉砂岩裂隙中，裂隙多被允填、裂隙一般不富水。地下水年变幅0. 50?1. 50米，地下水对砼无腐蚀性，对钢筋砼结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性。场地土对砼无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。 设计时，地下水位埋深按1. 00米考虑。 1. 2. 3.气象 本项目所在区域处于长江下游北热带季风气候区，具有气候温和，雨量充沛，日照充足，无霜期长，四季分明等特点，因受大陆、海洋以及来自南北天气系统段影响，气候比较复杂，年际间的变化大，气象灾害比较频繁，年降雨量为1000?1200mm年内分布也不
盾构近距离下穿既有隧道沉降控制技术 盾构近距离下穿既有隧道沉降控制技术 摘要：深圳地铁3号线购物公园站～福田站区间盾构施工需下穿已运行的1号线隧道，其中两隧道最小净距为1.23米。通过对工程现场条件综合分析及力学模型研究和计算，综合各方论证结果，确定施工方案并进行盾构施工关键技术研究，为下穿施工中提供全面的技术参数，施工完成后，既有运行线内各项控制指标得到了有效控制，未对已运行线结构及道床、轨道产生不利影响。 关键词：盾构隧道；实时监测；控制指标；参数；沉降 中图分类号：U456.3文献标识码：A 文章编号： 1前言 1.1工程背景 深圳地铁3号线购物公园站～福田站区间右线下穿隧道与正在 运营的深圳地铁1号线隧道之间的最小净距为1.46 m，左线最小净距为1.23 m。区间下穿隧道主要位于全风化花岗岩层和强风化花岗岩层，隧道覆土厚度约为18m，线路坡度为-5‰，采用通用型管片，管片外径6.0m，内径5.4m，管片厚度300mm，管片宽度1.5m，分块数为6块（一块封顶块、两块邻接块、三块标准块）。 1.2难点及风险分析 1、技术难点 新建地铁与下穿的既有运行线最小净距1.23米，盾构掘进对既有运行线影响较大，根据深圳市地铁公司《城市轨道交通安全保护区施工管理办法（暂行）》规定，运营线路轨道竖向变形±4mm，两轨道横向高差<4mm，水平及水平三角坑高低差<4mm／10m，轨距+6mm~-2mm；控制指标严格，对盾构掘进控制要求高。 2、工程安全方面存在的风险 正在运营的地铁1号线因沉降过大影响营运，甚至造成停运的风
险，社会责任重大；下穿区域全强风化地层中存在球状风化体的风险；盾构机选型及后配套设备故障导致停机引起的安全风险。 2施工模型研究及方案确定 2.1施工模型研究 1、施工力学行为数值分析―力学模型 1）正交段最小净距仅为1.2m，上洞埋深为10.6m； 2）综合判定围岩级别为Ⅴ级，夹土体围岩按加固考虑； 3）主要模拟新建隧道开挖对既有1号线运营线隧道的影响； 4）采用FLAC3D进行力学分析。 图1力学模型示意图 2、施工力学行为数值分析―计算结果 1）地表沉降为7.7mm，既有隧道（1号线）最大沉降3.9mm，附加拉应力达到1.25MPa。 2）上下两洞之间地层的最大主应力值将达到0.25MPa，下洞（3号线）最大轴力为616kN，最大弯矩为28kN?m，均位于两侧边墙部位。 目标地表与既有1号线隧道随施工的下沉情况如图2和图3所示。 图2目标面地表随施工沉降情况图3既有隧道（1号线）随施工下沉情况 2.2控制指标 根据深圳市地铁集团《城市轨道交通安全保护区施工管理办法（暂行）》的规定，参照多次专家论证会的论证意见，新建盾构隧道施工对既有1号运行线影响的控制指标按三级预警制度进行管理，即，预警值、报警值、控制值三级。预警值取控制值的50%，报警值取控制值的80%，结构变形控制指标如下： 表1结构变形控制指标（单位：mm）
盾构施工对地表沉降影响的预估 摘要:以杭州地铁1号线过江隧道为背景,采用经验公式法和有限元数值模拟方法研究分析盾构隧道施工引起的钱塘江北岸标准海塘地表沉降规律,比较两种方法的计算结果,验证了有限元数值模型的合理性,为隧道工程的顺利实施提供参考依据。关键词:盾构隧道;数值模拟;地层变形 杭州地铁1号线南起萧山湘湖杭州乐园,穿过滨江新中心,至钱塘江时在最低冲刷高程以下通过江底,直达江北岸进入婺江路下,并沿该路西行。过江隧道采用加泥式土压平衡盾构施工,采用钢筋混凝土管片单层装配式衬砌。盾构隧道外径6.2m,内径5.5m,衬砌厚度35cm,环宽1.2m,衬砌环全环由6块组成,环与环、块与块间均采用弯螺栓连接。 过江隧道盾构掘进时不可避免地引起地层扰动,引起地层变形及地面沉降。扰动导致土体强度和压缩模量的降低,这将引起长时间的固结和次固结。当地层变形超过一定范围时,会严重危及周围建筑物的安全。因此,掌握地层沉降规律并预先评估其影响程度,对工程的顺利实施极为重要。本文采用经
验公式法和有限元数值模拟方法对钱江通道盾构隧道施工过程中明清鱼鳞石塘的地表沉降规律进行研究,以期对海塘的保护措施及隧道工程的顺利实施提供参考依据。 1盾构隧道引起土层变形的发展过程盾构推进引起的地面沉降分为5个阶段[1-2]: 1)初期沉降:即盾构开挖面到达某一位臵之前,在盾构推进前方的土体滑裂面以外产生的沉降。因初期沉降量较小,所以一般不被人们觉察。 2)盾构到达时的地面变形:为在开挖面靠近观测点并到达观测点下方过程中所产生的沉降或隆起现象。当盾构机的正面土压力等于开挖面静止土压力时,掘进对土体影响最小;当盾构机推力不足,其正面土压力小于开挖面的静止土压力时,开挖面土体下沉;当盾构机推力过大则会引起开挖面土体的隆起。 3)盾构通过时的地面变形:为盾构机开挖面到达观测点至盾构机尾部通过观测点这一过程所产生的沉降。该沉降主要是由于盾构机的通过破坏了原来的土体状况,造成土体的扰动所致。
目录 1.地表沉降原因 (1) 1.1.地层损失 (1) 1.2.受扰动土的固结 (2) 1.3.地下水流失 (3) 2.地表沉降的发展过程 (4) 2.1.初期沉降 (5) 2.2.开挖面沉降 (6) 2.3.尾部沉降 (6) 2.4.尾部空隙沉降 (6) 2.5.长期延续沉降 (6) 3.引起地表沉降的因素 (6) 3.1.主观原因 (6) 3.2.客观原因 (7) 4.穿越建（构）筑物掘进参数的控制 (8) 5.结语 (9)
盾构施工沉降分析 针对地铁工程而言，进行沉降控制的重要性体现在两个方面： (1) 城市地铁工程一般位于城市的繁华地段，周围建筑物密集、各种地下管线纵横复杂交错，一旦沉降事故发生，将可能造成建筑物开裂、倾斜，地下管线断裂等事故。影响市民正常生活，造成各种纠纷，进而影响工程施工的进度，增加工程的费用。 (2) 沉降事故在地铁工程的施工中属于多发事故。同时其发生的直接表现为地下隧道拱顶的下沉或坍塌，而这种塌陷的发生又多由涌水、涌泥，环片支护失效等原因引起。这些原因的存在和发生，可以导致施工现场的人员伤亡、设备损坏，进而影响工程进度、增加工程费用，造成严重的后果。 1.地表沉降原因 在软土地层中开挖隧道，不论采取任何施工技术都将引起地层运动，产生地面沉降。盾构施工中引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面沉降的基本原因。 1.1.地层损失 地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之差（地层损失率指地层损失体积占盾构理论排土体积的百分比）。周围土体在弥补地层损失中发生地层移动，引起地面沉降。 引起地层损失的施工及其他因素是： (1) 开挖面土体移动 当盾构掘进时，开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向
土压平衡盾构施工引起的地面沉降规律分析 城轨公司杨小飞 【摘要】本文对广州地铁6号线盾构2标区间盾构隧道施工过程的地面沉降监测数据进行分析，探讨了盾构施工过程地表沉降规律及其影响范围和程度，包括沉降槽分布形式、沉降随时间发展规律、沉降量概率分布的统计分析等，并用数学函数加以表达。研究结果对今后类似工程施工过程的隧道周边建（构）筑物的保护，施工参数的优化以及工程的顺利实施具有参考价值。 【关键词】盾构沉降拟合 1.引言 地铁交通在我国正处于发展阶段，由于盾构施工法的安全性和先进性，盾构技术在城市地铁隧道施工中得到越来越广泛的应用。由于地铁隧道多位于城市中心繁华地带，地下管线和地面建筑物众多，施工过程多少都会扰动地层，要完全消除地表沉降是很困难的。盾构施工过程的沉降会对地面建筑物的安全造成威胁甚至引起破坏，国内外已对施工沉降进行了大量研究，提出了许多沉降计算模型［1,2］，如Peck 模型（1969），Attewell 模型（1981），O’Reilly-New 模型（1982），藤田模型（1982）等。国内专家也对国内地铁盾构施工过程的沉降规律进行了总结 ［3 ］- ［5 ］，得到了许多具有共性的认识。但由于广州地区地质条件复杂，对沉降规律的定量研究还比较少。本文对广州地铁6号线2标区间盾构隧道施工过程的地表沉降规律及其影响范围进行研究，以期对今后类似工程建（构）筑物的保护，施工参数的优化提供参考依据。 2.工程概况 广州地铁6号线2标区间隧道采用盾构法施工。区间隧道由两条并行的单线隧道组成，其中已完成施工的【大坦沙站-如意坊站盾构区间】左右线隧道间距8.1～26m，左右线隧道总长2859.2m，隧道埋深4.7～27.8m，线路最小水平曲线半径500m，最大坡度30‰。盾构机采用德国HERRENK AG 公司生产的土压平衡式盾构（EPB），盾构机刀盘直径6280mm，采用盾尾同步注浆（砂浆）方式。隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片，管片环外径6000mm，内径5400mm，管片宽度1500mm。【大-如盾构区间】上覆第四系为人工填土层、淤泥层、淤泥质土层、淤泥质粉细砂层、粉质粘土、粉土层、冲积－洪积粉细砂层、冲积－洪积中、粗、砾砂层、冲积－洪积土层、可塑或稍密~中密残积土层、硬塑或密实状残积土层。下伏基岩白垩系、石炭系棕红色、红褐色岩石，风化程度不均一，软硬夹层较多。 3.沉降观测方法 3.1 观测仪器及要求 采用精密水准尺仪，铟钢水准尺、30m 检定过的钢卷尺进行沉降观测。线路沿线一般的多层建筑物和地表沉降，按国家三等水准测量技术要求作业，高程中误差≤±2.0mm，相邻点高差中误差≤±1.0mm。 3.2 沉降观测点的布设 正常情况下，沿隧道中线上方地面每隔5m 布设一个沉降观测点，每隔20m 建立一个监测横断面，该断面垂直于隧道中线，每个断面上布设5个观测点，其中隧道中线上方一个点，左右间隔5m 各一个点。对于软弱土层、或埋深较浅的区域，应根据隧道埋深和围岩地质条件，加密监测断面和测点。 当隧道上方为混凝土路面时，常布设两种沉降观测点，即分混凝土路面及路面以下土层两种，路面部分沿线路中线每20m布设一个观测断面，观测点直接布设在路面上，以量测路面沉降量；为了防止路面硬壳层不能及时、准确反映地层实际沉降情况，造成路面下方虚空，需钻穿混凝土路面并在路面以下地层中打入短钢筋布设观测点，以便对地层的沉降情况进行监测。 3.3 项沉降观测频率 盾构机机头前10m和后20m范围每天早晚各观测一次，并随施工进度递进；范围之外的监测点
盾构施工地面沉降的控制技术 现在对环境控制的要求越来越高，对盾构穿过城市中心重要建筑时的影响要求极为严格 (如上海,广州的多座地铁隧道的建设.一般要求施工时地面沉降控制在+10mm~－30mm 之内) 。盾构施工不可避免地干扰原土层的平衡状态，虽从理论上可实现无沉降施工，但限于目 前工艺和施工手段、操作质量，几乎无法做到地面无沉降或隆起。目前，国内外许多学者从事这一方面的研究，内容包括盾构施工引起的地表沉降、地层沉降以及盾构施工对邻近建筑物(桩基及已建隧道等)的影响等。研究的方法主要有经验公式法、离心模型试验和有限元法等。 第一节盾构施工引起的沉降理论和基本规律 1、盾构施工引起的沉降理论 盾构施工必然扰动地层土体,引发地层损失、隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,这是构成地面沉降的根本原因.在软土地层中用盾构法施工隧道,因地层损失和土体扰动, 必然引起地表变形.表现在盾构机掘进的前方和顶部会产生微量的隆起,盾构机部分通过地表 开始下沉, 盾尾脱离后地表下沉加快,并形成一定宽度的沉降槽地带,下沉的速率随时间而逐渐 衰减,且与盾构经过的地质,施工工况和地表荷载等有密切的关系,并表现出相当大的差异性。 土体的扰动或扰动土多是针对原状土而言，大体是指由于外界机械作用造成的土的应力 释放，体积、含水量或孔隙水压力的变化，特别是土体结构或组构的破坏和变化(如填土路基 等)[2]。 图5-1-1 盾构施工对土体的扰动 盾构前进过程中需要克服盾构外壳与周围土体的摩擦力F1、切口切入土层阻力F2、盾构机和配套车架设备产生的摩擦力F3、管片与盾尾间的摩擦力F4、开挖面的主动土压力F5，当 千斤顶推力T≥F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构前方土体经历加载阶段，产生如图5-1-1 所示的 挤压扰动区①，开挖面受挤压作用引起土体压缩并使土体前移和隆起，盾构机工作正常时为此状况；当T＜F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构机处于静止状态，该状态对应于千斤顶漏油失 控，土体严重超控，盾构机前方土体则要经历卸载阶段，产生土体向内临空面移动，地表出现下沉．为减少开挖面土体的扰动，应尽量保持密封舱内压力Pi 稍大于主动侧压力Ph 和水压 力Pw 之和,开挖面正前方区域内土体由于刀盘的挤压搅削作用，将受到强烈的扰动而发生破 坏，含水量降低，其力学参数将发生很大的变化。 盾构推进过程中盾壳与周围土体之间产生摩擦阻力，该力作用的结果则在盾壳周围土体 中产生剪切扰动区②，该区的特点是范围较其它区小。 在剪切扰动区②以外，由于盾尾建筑间隙的存在，土体向间隙内移动，引起土体松动、 塌落而导致地表下沉,盾构上方土体由于自重和地面超载(当有地面超载时)往下移动而形成卸
8．1．4 地层变形预测与分析 通常设计阶段的地面沉降预测方法可分为两类，一是根据实测数据的统计方法—Peck 公式是其典型代表：二是采用有限元和边界元的数值方法。 采用Peck 法计算的盾构隧道地面沉降量及沉陷槽计算公式如下式；其沉陷槽横向分布见图。 exp(max )(S x S -22 2i x ）
? ?? ? ? Φ-?= 2452tg Z i π 式中：V —地层损失（地表沉降容积）； i —沉降槽曲线反弯点； z —隧道中心埋深 根据本标段的地质条件和埋深等，得i=6.9m ，由此根据以往的工程实践及经验公式，沉陷槽宽度B ≈5i ，可得单个隧道盾构推进引起的地表横向沉陷槽宽度约为35m ，两座隧道盾构推进引起的地表横向沉陷曲线叠加后其沉陷槽宽度约为50m ，并且沉陷槽的主要围在隧道轴线两侧6m 围，离轴线3m 的沉降量约为最大沉降量的60%～70%，离轴线6m 的沉降量约为最大沉降量的25%。 地层损失V 值主要是由盾尾空隙引起的土体损失量，它与盾构机盾壳厚度、盾构推进时粘附在盾构上的土体厚度及注浆量等有关，即 V=V 尾+V 粘-V 浆 盾构推进时粘附在盾构钢板上的土体厚度约为20～40mm ，盾壳厚度为70mm ，则：V=V 尾+V 粘-V 浆=1.36+0.58α-(1.36+0.58)β α为折减系数， β为同步注浆的充填系数。 取α=0.6 β=0.5 得 V=0.73m2 由此可得地表最大沉陷值：Smax=23.4mm 最大斜率：Qmax=0.0013 以上分析值主要是在以往工程经验基础上结合本地铁盾构标段的实际情况，隧道埋深16m 左右情况下得出的，最大沉降量满足规和标书要求。 虽然地表沉降形态是大体相同或相似的，但其最大沉降量总是随着施工工况和地质条件的改变而千差万别，目前控制沉降的主要手段是同步注浆和二次注浆，而注浆的环节常有各种各样的问题发生，如缺量、过量、滞后、漏浆等等，不同的沉降情况常是施工工况和工作状态的反映，同时不同的地质条件沉降亦有所不同，如粉砂土较粘土隆降起量要少，沉降速率要快，淤泥质粘土后期固结沉降则要大点。以上这些都要求盾构施工时要加强监测工作，以随时了解地面沉降信息，以便及时采取有效措施，以达到控制沉降和减少损失的目的。 8．2 理论分析
盾构隧道施工引起的地面沉降分析 XXXXXX （XXXXXXXXXXXXXXXXXX） 摘要：本文先分析了盾构隧道施工引起的地面沉降规律和原因，介绍地面沉降的预测方法。然后结合某城市隧道施工过程的地面沉降监测数据进行分析，运用沉降槽分布模型拟合结果，并且运用数学函数给予表达。最后得出的研究结果可供对今后类似工程参考，确保在施工过程中隧道周边环境的安全。 关键词：盾构法；隧道施工；地表沉降；分布模型 我国地铁交通的发展水平正处于上升阶段，因为盾构施工法技术具有安全性和先进性等特点，其在城市地铁隧道施工中得到了广泛的应用。通常情况下，地铁隧道多位于城市中经济繁华发展的地带，在此种情况地面建筑物较为密集且地下管线，显然采用盾构法隧道施工必定会引起地层移动从而导致地面沉降，即使采用当前先进的盾构技术，也难完全防止这些沉降，当地面沉降达到一定程度时，就会使周围地面建筑、地下相关设施以及地铁隧道本身等不能正常使用。因此当在需要控制地层移动地区采用盾构法施工隧道时，必须了解地层移动的规律和特征，尽可能准确地预测沉降量和沉降范围。国内外已对施工沉降进行了大量研究，提出了许多沉降计算模型。本文基于广州地区地质条件复杂，对沉降规律的定量研究还比较少等原因，结合广州某盾构隧道施工段的地表沉降规律及其影响范围进行研究，希望对以后类似的工程提供参考。 1．地面沉降的规律和特征 在采用盾构法隧道施工过程中，沿隧道纵向轴线所产生的地表变形如下：通常盾构前方的土体受到挤压时有向前向上的移动，从而使地表有微量的隆起，而当开挖面土体因支护力不足而向盾构内移动时，则盾构前方土体发生向下后的移动，从而使地面沉降，开挖面的上方土体，亦因盾构作用于开挖面推力的大小而使地面隆起或沉降。当盾构通过时，盾构两侧的土体向外移动。当隧道衬砌脱离盾尾时，由于衬砌外壁与土壁之间有建筑空隙，地表会有一个较大的下沉且沉降速率也较大。同时隧道两侧的土体向隧道中线移动。这一阶段的沉降通常称为施工沉降，常在1—2个月的时间内完成。由于施工过程中对周围土体的扰动，土中的孔隙水压力上升。随着孔隙压力的消散，地层会发生主固结沉降。孔隙水压力趋于稳定后，土体的骨架仍会蠕变，即次固结，地层还会有一定的沉降。由于土体固结发生的沉降称为固结沉降。总之软粘土地层中的地表运动可分三个阶段：（1）盾构前方隆起或沉降；（2）施工沉降；（3）固结沉降。地层移动是和具体地质和施工条件密切相关的。地面沉降速率、沉降变化的突然性、沉降范围，最大沉降量、沉降槽的几何尺寸、沉降稳定时间等是沉降的特征。在一定的基本盾构施工条件下，这些沉降特征在很大程度上受到施工细节的影响，但在更大的程度上受到地质条件的影响。