上虞風機-盾構施工地面沉降控制要點

發(fā)布時間：2025.07.09

1研究目的
地鐵隧道盾構施工由于其為地下工程、周邊環(huán)境復雜、自身風險大的特點，施工中易出現(xiàn)地面沉降和變形的事故，其原因是盾構施工引起的地層損失和施工過程中隧道土體受擾動或者受剪切破壞的土體再固結所造成。因此，通過分析盾構法隧道施工中土地擾動及沉降機理、地表沉降的規(guī)律，參考大量文獻，明確影響隧道施工地層擾動及沉降的地層相關因素，并針對影響因素制定地表沉降控制措施，減少地鐵施工造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失。
本文研究針對天津市盾構施工過程中對周邊地表沉降控制開展研究，對施工全過程進行了跟蹤，掌握了詳盡的現(xiàn)場資料，通過重點保護措施的實施，分析對周邊地表沉降控制的有效性，總結盾構施工對周邊地表沉降控制的重點:①根據(jù)區(qū)間地質水文條件合理選擇盾構機型號;②合理布置盾構始發(fā)段后靠受力體系和盾構參數(shù);③依據(jù)盾構姿態(tài)不斷調整優(yōu)化同步注漿參數(shù);④分析得出盾構施工控制地表沉降的要點。
2施工過程控制
本盾構區(qū)間下穿建筑物、構筑物，盾構始發(fā)約有二分之一斷面處于⑥4粉質粘土，約有四分之一斷面處于⑦粉質粘土，約有四分之一斷面處于⑧1粉質粘土。盾構接收約有25%斷面處于⑧1粉質粘土，約有50%斷面處于⑧2－1砂質粉土，約有25%斷面處于⑧2－2粉砂。接收端為紅旗南路站，其為3號線與6號線換乘站，目前3號線已經(jīng)運營，而且接收端地質條件差，接收時保證安全是工程的重點，一旦出現(xiàn)端頭井滲漏，出現(xiàn)大面積沉降的話，將造成既有線癱瘓，影響巨大。
2．1加固區(qū)控制
施工過程中全程監(jiān)控加固樁質量，始發(fā)前，對加固區(qū)進行了抽芯檢測，檢測結果:具有良好的均勻性和自立性，所取樁芯均滿足28d無側限抗壓強度大于等于1.0MPa;滲透系數(shù)小于等于1.0×10－7cm/s。為了進一步檢驗加固區(qū)質量，還需在洞門處進行探水，洞門內布置探孔數(shù)量為9個，在洞門中心及距離洞門圈30cm間隔2.3m位置開設探孔;洞門圈外部結構死角處布置探孔4個，孔位布置詳間探孔布置，3－9。采用巖心鉆按照確定的點位進行鉆孔，鉆孔深度為3.0米，孔徑為Φ50mm。探孔開設完畢后經(jīng)觀察均無明水。綜上，說明本次端頭井加固質量良好，對進出洞門處的土體改良*顯著，證明了所選技術參數(shù)合理。
2．2始發(fā)階段控制
盾構始發(fā)后，為了更好地掌握盾構的各類參數(shù)，將盾構始發(fā)后的前100m推進為試推進段。此段施工時應注意對推進參數(shù)的設定，對推進時的各項技術數(shù)據(jù)進行采集、統(tǒng)計、分析，摸索地面沉降與施工參數(shù)之間的關系，爭取在較短時間內掌握盾構機械設備的操作性能，及盾構在本標段地質條件下推進的施工參數(shù)設定范圍。
(1)實施100m試推進的目的:①用*短的時間對盾構機的操作方法、機械性能進行熟悉;②了解和認識本工程的地質條件，掌握土壓盾構在本地區(qū)的施工特性，盡快摸索出各種參數(shù)的正確設定方法;③為了掌握各種施工參數(shù)的正確設定方法，在試驗段采取多種監(jiān)測手段如地面沉降監(jiān)測、深層沉降監(jiān)測等，廣泛采集信息以指導盾構施工;④通過本段施工還要求通過對各種監(jiān)測信息的分析，掌握盾構掘進參數(shù)和合適的同步注漿量。施工試驗段時要求增加監(jiān)測頻率，并及時將監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋給施工技術人員進行分析，據(jù)此隨時調整各參數(shù)，直至地面沉降及盾構姿態(tài)處于受控狀態(tài)為止。
(2)前100m試推進段的施工重點:①當推進至20環(huán)時，對洞門進行注漿，防止可能的土體流失;②當100m試推進結束后，隧道擁有足夠的摩阻力來抵抗盾構掘進反力后，可趁施工間隙進行負環(huán)管片和盾構基座的拆除工作。同時在井底搭設作業(yè)平臺鋪設岔道，以及雙道平行電機車軌道。
2．3盾構參數(shù)控制
(1)加固區(qū)內推進:①盾構在穿越加固區(qū)時，應要密切注意刀盤扭矩、螺旋機扭矩、油溫、水溫等參數(shù);②嚴格控制土壓力，將始發(fā)壓力設定在0.00～0.10MPa，并結合推進油壓、刀盤油壓等情況進行合理調整。同時結合沉降報表和其它施工參數(shù)進行分析、調整，反饋給推進班組確保始發(fā)施工安全;③嚴格控制出土量，每環(huán)出土量控制在46.99m3～47.95m3。并通過分析調整，尋找*合理的數(shù)值;④推進速度偏慢，控制在1cm/min以內。同時根據(jù)需要在盾構正前方引入發(fā)泡劑或膨潤土，以改善前方的土質;⑤對測點進行密布并提高監(jiān)測頻率;⑥動態(tài)信息傳遞;⑦穿越加固區(qū)注意事項:a．負環(huán)管片脫出盾尾后，需進行加固;b．千斤頂總推力控制在適當?shù)姆秶鷥龋乐购罂孔冃芜^大，推力盡量不超過1000T;c．盾構機器駛入洞圈時，需加強關注洞圈止水設備完好狀
態(tài)，狀態(tài)不好要采取加固措施。
(2)出加固區(qū)后的推進:①平衡壓力值的設定原則，始發(fā)段理論土壓力0.152MPa;②推進出土量控制，每環(huán)理論出土量47.95m3，推進出土量保證在98%～100%之間;③推進速度，宜控制在1～2cm/min之間，并根據(jù)各種因素合理調整推進速度;④盾構軸線誤差及地表沉降量要求，軸線誤差不得大于50mm。地面沉降量控制在+10mm～－30mm。對于特殊部位，則根據(jù)保護要求適當提高沉降控制標準。
2．4同步注漿和二次注漿
(1)同步注漿。盾構推進中的同步注漿是充填土體與管片圓環(huán)間的建筑間隙和減少后期變形的主要手段，也是盾構推進施工中的一道重要工序。盾構推進施工中的注漿應及時、均勻、足量的壓注，確保其建筑空隙得到及時和足量的充填，并由此使地表變形和管片偏移量降低到*小，同時輔助防止管片接縫漏水。漿液設計性能要求:同步漿液(見表1)應滿足泵送要求，漿液的泌水率、漿液1天的強度、28天的強度均應滿足設計和規(guī)范要求。為滿足以上要求，本工程決定使用可硬性漿液。可硬性漿液已在很多工程中使用，其強度指標滿足設計要求，在保持隧道穩(wěn)定等方面具有良好的*。此外，此漿液的體積縮小量低，地下水造成的稀釋影響小，且無污染。
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(2)二次注漿。在每臺盾構機*后一節(jié)車架后面配備2.5*1m平板車，放置一臺注漿機、一套攪拌系統(tǒng)，保障盾尾以后車架范圍內的所有管片都能隨時實現(xiàn)間歇注漿或二次注漿。根據(jù)實際情況進行加密補壓漿。對管片的建筑空隙二次注漿一般為每隔5環(huán)注漿一次。漿液為可硬性漿液，特殊重要區(qū)域二次注漿可采用雙液漿，為水泥漿和水玻璃的混合漿液。壓漿時必須指派專人負責，對壓入位置、壓入量、壓力值均作詳細記錄，并根據(jù)地層變形監(jiān)測信息及時調整，確保壓漿工序的施工質量。此外，還需根據(jù)后期沉降的情況進行適當?shù)难a壓漿。
2．5接收階段控制
盾構接收前50環(huán)為接收階段，在接收段盾構施工過程中必須嚴格控制切口平衡土壓力，使得盾構切口處的地層有微小的隆起量來平衡盾構背土時的地層沉降量。同時也必須嚴格控制與切口平衡壓力有關的施工參數(shù)，如出土量、推進速度、總推力、實際土壓力圍繞設定土壓力波動的差值等。防止超挖、欠挖盡量減少平衡壓力的波動。在盾構進入加固區(qū)以后，土壓和總推力適當減小，保證洞門的安全，主要控制要點如圖1。
 
本次洞門鑿除采用粉碎性鑿除，割去內排鋼筋、外排鋼筋，清理洞門內殘余鋼筋，保證到達接收時無障礙物。要求在洞圈區(qū)域內適當位置打出一定數(shù)量的樣孔以核驗盾構到達正前方的地層加固情，暫定在洞門上下位置、左右位置及中心部位總共設置9個樣孔，同時依據(jù)樣孔的情況適當增加。確保樣洞條件良好的前提下，才能進行洞門鑿除工作，如圖2、圖3所示。
 
 
3監(jiān)測分析
針對一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構區(qū)間的沉降觀測共持續(xù)240天，共測取觀測數(shù)據(jù)6500多組，分為三個階段，其中盾構始發(fā)階段21天，盾構正常掘進段146天，盾構接收段及后續(xù)監(jiān)測73天。第一階段*大沉降量為20.55mm，觀測點位為DBC－09－08，觀測日期為2015年1月20日;第二階段*大沉降量為15.37mm，觀測點位為DBC－35－04，觀測日期為2015年6月20日;第三階段*大沉降量為17.93mm，觀測點位為DBC－43－18，觀測日期為2015年8月30日。統(tǒng)計如表2所示。
 
根據(jù)一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構區(qū)間施工的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分為三個階段沉降觀測點的沉降－時間曲線圖。
第一階段(盾構始發(fā)階段):盾構始發(fā)階段施工中，對地表沉降點DBC05至DBC09斷面的各測點進行了數(shù)據(jù)整理，其沉降－時間變化曲線如圖4。
 
第二階段(盾構正常掘進階段):盾構正常掘進階段施工中，對地表沉降點DBC16、DBC17、DBC18、DBC35斷面的各測點進行了數(shù)據(jù)整理，其沉降－時間變化曲線如圖5。
 
第三階段(盾構接收階段):盾構接收階段施工中，對地表沉降點DBC43、DBC44斷面的各測點進行了數(shù)據(jù)整理，其沉降－時間變化曲線如圖6。
 
根據(jù)盾構施工三個階段的地表沉降－時間變化曲線圖可以看出，盾構施工中即便采取各項控制沉降的施工措施，但是必然會引起地表沉降，盾構始發(fā)階段沉降*大，其次是盾構接收階段，沉降*小的是盾構正常掘進階段。
4結論
本論文以天津的水文地質條件為基礎，結合天津地鐵6號線一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構區(qū)間工程實際，對盾構法施工引起的周邊地表沉降進行了沉降規(guī)律的研究。對一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構區(qū)間的沉降觀測結果中各種現(xiàn)象進行了分析，并與理論計算相對比，課題得出以下主要結論:①對天津地鐵6號線一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構區(qū)間工程實施為期240余天的地表沉降變形觀測，得到:地表*大沉降量為20.55mm。各點沉降均在規(guī)范允許變形范圍內，盾構區(qū)間周邊地表沒有發(fā)生過大變形和沉降。證明該工程采用的盾構機型號、端頭加固方案、盾構接收方案以及盾構掘進中的各項參數(shù)控制是有效的，其成果對地鐵施工有重要指導意義;②在粉砂和砂質粉土地層中掘進地表沉降控制采取的措施:確定出土量，通過試驗段確定粉砂和粉質粘土的松散系數(shù)，避免超挖;注漿量控制，確保管片四周由漿液填充密實;注重渣土改良，通過該地層掘進發(fā)現(xiàn)在該地層中掘進時，會有噴砂現(xiàn)象發(fā)生，應多注重渣土的改良，試驗證明泡沫和鈉基膨潤土單獨或者混合使用有很好的*;③天津地區(qū)盾構施工減少周邊地表產(chǎn)生沉降的措施:保證盾構始發(fā)接收段端頭井地基加固質量;根據(jù)天津地區(qū)地質特點合理控制盾構機刀盤和開口率;粉砂和砂質粉土掘進中控制好土壓、注漿量的同時，注重渣土改良能夠很好的控制地表沉降;加強盾構施工各項簡冊控制，形成網(wǎng)絡式的監(jiān)控量測處理系統(tǒng)，執(zhí)行監(jiān)測指導施工的原則。