雙圓盾構施工隧道引起地表沉降的分析

翟曉霞　廖曄發　農飛比

摘要：與單圓盾構施工相比較而言，雙圓盾構施工過程中對技術的要求較高，而且影響地表沉降的因素也較多。本文對雙圓盾構施工過程中引起地表沉降的因素進行分析，并且提出了優化施工方法，旨在提高施工質量。

關鍵詞：雙圓盾構；隧道施工；地表沉降

中圖分類號：U451 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）06-135-01

前言

近年來，雙圓盾構施工技術在很多工程項目的施工過程中越來越流行，與單圓盾構施工雙線隧道相比，雙圓盾構有很多優勢，比如能夠一次性完成雙線隧道的施工、施工速度比較快、挖掘土方的數量較少、對隧道斷面面積的利用率較高。正是因為這些優點，使得雙圓盾構結構在很多隧道工程的施工中成為主流形式，與此同時，雙圓盾構在隧道施工過程中也會產生一定的影響。由于雙圓盾構在隧道施工中應用的時間不長，對于這種施工方法帶來的地表沉降的研究還比較缺乏，因此很容易出現安全隱患。在工程研究過程中，必須要加強對地表沉降的研究，找到優化方法，為后續施工奠定基礎。

1.雙圓盾構地表沉降的影響因素

（1）隧道幾何形狀和埋深。隧道是一種特殊的工程形式，隧道的直徑較大，曲線半徑較小，采用雙圓盾構進行施工時，盾構掘進中的超挖量會越來越大，對地層造成的影響也就越來越大，沉降也會越來越大，影響范圍會逐漸擴張。

（2）土體性質和施工擾動。雙圓盾構施工過程中，土體性質的變換以及施工過程中隨著施工進程也會對地表產生一定的影響。可以得到下面的公式其中i代表的是隧道沉降槽的寬度系數，代表的是土體內摩擦角，z代表的是隧道的深度。

（3）隧道襯砌變形。隧道需要有一定的支撐才能保持穩定的，雙圓盾構隧道的襯砌很容易發生大的變形，這種變形主要發生在水平軸處的豎向位移和向外側的水平位移，由于雙圓盾構施工過程中一般都會在中間設置一個立柱支撐，因此雙圓盾構隧道的襯砌變形對地表沉降的影響可能比圓形盾構要小。

（4）盾構推進的平衡壓力。盾構在推進的過程中，會產生一定的平衡壓力，這些平衡壓力會導致隧道周圍的土體的應力場分布發生很大的改變，會影響到盾構掘進過程中的沉降程度，而且對于隧道投入使用之后的沉降情況也有一定的影響，因此控制盾構推進過程中的平衡壓力是控制盾構掘進地表沉降的直接措施。平衡土壓是對盾構推進速度、出土速率等參數的一種間接反映，因此雙圓盾構要設定好土壓，可以根據兩邊螺旋機的出土速度進行相應的調整。

（5）盾構推進的姿態。隧道施工過程中，盾構推進的姿態也會對地表沉降產生影響，當隧道設計的軸線與雙圓盾構機的軸線之間有較大的夾角的時候，盾構實際開挖的斷面就會超過隧道斷面，在雙圓盾構機的周圍就會產生很多空洞或者空穴，不僅會使得地層的損失加大，而且也會對周圍土體產生影響，

（6）在盾構機周圍產生多余的空洞或者局部的孔穴，這樣不僅會加大地層損失，同時會加大對周圍土體的擾動。

（7）注漿壓力的影響。雙圓盾構隧道的施工必須要對注漿的速度以及壓力進行合理地控制，實現同步注漿是最好的狀態，同步注漿主要的目的在于及時填充盾尾空隙，減少盾尾土體坍塌，對地表沉降進行控制。從理論上來講，注漿量越多，填充的效果就越好，地表沉降也會越小，但在實際施工過程中。注漿量大于某一個值的時候，注漿的效果就不明顯，而且注漿的體積越大，也會導致漿液盡快收縮，反而會增大沉降。

2.雙圓盾構隧道地表沉降的控制策略

影響雙圓盾構隧道地表沉降的施工參數主要有幾個方面，分別是土體壓力、出土量、推進速度、同步注漿壓力等。另外還有很多其他的參數也會對沉降產生影響，在施工過程中應該要對各種因素進行控制，減少沉降變形。

2.1對土體壓力進行控制

土倉壓力、推進速度與出土量是相關的施工參數，這三者之間如果能有較好的匹配關系，則可以減少雙圓盾構的偏移以及旋轉情況，從而可以減少盾構推進過程中對地表沉降產生的影響。雙源盾構機兩側的螺旋輸送機的轉速以及開口率是相互獨立的，由隔倉板上的土壓力計反饋迎面土壓力值，因此，在施工過程中可以對左右螺旋機的出土量進行調整，從而實現對土倉壓力進行控制的目的，以便維持開挖面的土體壓力的平衡，一般來講，土壓的上限是被動土壓和水壓的總和，下限是主動土壓力和水壓的總和。

2.2實現同步注漿

注漿過程是雙圓盾構隧道施工中的一個重要環節，如果注漿不及時，則很可能使得土體塌陷在各種孔隙中，最嚴重的沉降可以達到十幾毫米，因此在進行注漿的時候應該要注意控制時間、速度和壓力。當土質比較硬的時候，注漿的壓力可以保持在0.3～0.5MPa，當土質比較松軟的時候注漿壓力可以設置在0.2～0.3MPa左右。需要注意的是，注漿壓力不能太大，一旦注漿壓力過大，則會對地層產生較大的干擾，會導致隧道使用過程中的沉降情況更加嚴重。為了有效地控制注漿壓力，則可以采用注漿量控制方式，注漿充填率一般在150%左右。

2.3合理控制盾構姿態與管片拼裝

雙圓盾構施工過程中不能發生左右偏移的現象，對于這種問題，可以采用單側壓重和調節左右出土量來產生一定的扭矩對偏差進行糾正。對于雙圓盾構機的管片而言，可以采用錯縫拼裝工藝，使得隧道的縱向以及橫向的整體剛度都有所提高，可以減少縱向上的不均勻沉降。

3.結束語

綜上所述，在隧道施工過程中，雙圓盾構施工法具有一定的優勢，但同時也具有一些缺陷，尤其是對于地表沉降的控制，應該要從多個角度著手，對引起地表沉降的因素進行控制，減少地表沉降，提高隧道施工質量。