砂礫地層土壓平衡盾構施工地表沉降控制措施

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100010）

1 工程概況

本工程盾構施工中，現場適配2臺盾構機，一家村站大小里程端均為盾構始發井。首先由一家村站大里程盾構井完成左線盾構機吊裝、組裝，調試過程中完成右線盾構機吊裝、組裝，完成雙線始發、掘進；然后在東二環路站小里程盾構井接收，轉場至一家村站小里程盾構井完成二次始發，成吉思汗公園站大里程盾構井接收。聯絡通道施工在區間完成后進行。

2 盾構掘進

2.1 掘進施工參數

隧道范圍內地層主要為圓礫、砂礫層，由于處于始發掘進階段，推進速度初始設定為＜20mm/min，初始設定刀盤轉速應＜1.0r/min。正常掘進時推進速度為30～50mm/min。根據工程情況，確定盾構最大推進速度80mm/min。

2.2 方向控制

盾構機運行階段，水平向左偏時有必要提升左側千斤頂油壓力；若存在右偏現象，宜適當提升右側千斤頂油壓力。豎直方向控制與水平方向控制相同。

2.3 盾構調整注意事項

1）刀盤換向時速度需得到合理控制，速度不可過快。

2）從地面、地層情況出發，在此基礎上靈活調整推進工藝參數，有效控制盾構施工誤差。

3）蛇形修正工作中，采取長距離慢修方式。處于直線推進施工環境中時，調節盾構機位置，其需要與軸線前方一點共線，并將其作為基準線，以便展開線形管理工作。若處于曲線推進作業環境中，盾構機與前方一點形成連線，并與設計曲線保持相切的關系。

3 土壓盾構施工中地表沉降原因分析

3.1 開挖面土體的三維移動

施工作業的持續推進會對開挖面造成不同程度影響，如果開挖面承受的支護壓力偏小且未達到土體原始側向應力，土體將發生向盾構內移動的現象，隨之出現地層損失，致使盾構上方土層發生較明顯沉降。反之，如果開挖面承受的支護壓力明顯偏大，施工中則會發生土體向前移動的現象，出現負地層土層損失，最終使得盾構上方土層表現出隆起的問題[1]。

3.2 盾構后退

盾構后退過程中，會對開挖面土體造成影響，使其出現坍落或松動現象，嚴重時會引發地表沉降。若針對土層采取降水疏干措施，那么土體所受應力會呈現明顯提升的趨勢，不利于土體固結，使其發生大范圍變形。

3.3 土體擠入盾尾空隙

控制刀盤直徑是順利完成盾構施工作業的關鍵，其應比盾體直徑稍大一些，但在此影響下，盾體周邊將產生較明顯的環狀空隙。若土體發生變形，將出現擠向盾體的現象，加之地層的不斷移動，最終引發地表沉降。當盾尾無法對管片襯砌實現有效保護時，將對襯砌外圍造成影響，該處形成建筑空隙，若不能及時向空隙內注漿，也會引起地層移動從而造成地表出現沉降現象。

3.4 盾構推進方向的調整

盾構施工過程中，仰頭推進與曲線推進作業均容易對實際開挖面形狀造成影響，相較于設計形狀而言存在明顯偏差，隨之出現地層損失。此外，盾殼移動通常會與地層發生劇烈的摩擦，并伴有剪切作用，此時也會出現地層土體損失現象。

4 地表沉降監測

4.1 監測點布置

1）沿隧道軸線有序設置測點，始發與接收段各測點間距為10m；在地表建筑物、管線密集區域，點間距按10m；其他區域點間距按15m。

2）考慮地下管線豎向位移情況，在此基礎上合適布設測點。

3）在始發和接收段、聯絡通道等部位設主測斷面，影響范圍按1倍隧道埋深考慮，布置7～11個點。

4.2 監測方法、數據采集及分析處理

布設導線網，通過平差處理有助于提升觀測精度，準確掌握各點的高程情況。正式施工前，做好對各個觀測點的測量工作，獲得其初始高程H0，后續施工過程中，求得實際高程Hn，則高差ΔH＝Hn－H0即為累計沉降值[2]。

5 盾構施工時地面變形控制

5.1 變形控制標準

地表沉降控制的一般標準：地表最大下沉值30mm；隆起量10mm。根據所在區域相關部門對于地下管線所做的規定，考慮管線差異沉降情況，確定最大值。

5.2 變形控制措施

5.2.1 保持盾構開挖面的穩定

調整掘進參數有助于提升盾構開挖面的穩定性。工程中涉及的掘進參數較多，如土倉壓力、千斤頂推力、注漿量、推進速度、漿液性能、盾構姿態等。為實現對各項工藝參數的全面優化，相關人員應準確掌握盾構機性能，通過監測手段獲得地面變形曲線情況，在此基礎上驗證施工參數的合理程度，針對不足之處做出靈活調整?；趯ν七M速度、排土量的改進，有助于調節倉壓力與地層壓力，使其達到相對均衡的狀態。

5.2.2 同步注漿與二次注漿

為有效控制地面沉降現象，需及時對脫出盾構后的襯砌背面環形空隙展開注漿作業。以地質情況為準，確定合適的注漿工藝參數，確保注漿質量。

經上述操作后，展開二次壓漿處理，主要目的在于彌補同步注漿不足之處，有效控制地表沉降現象，為盾構穿越建筑物與地下管線創設穩定的作業環境，有效避免地面沉降。

5.2.3 注意盾構在曲線上推進及盾構糾偏

盾構設備處于曲線推進工作狀態時，土體對于盾構及隧道的約束力將明顯減弱，加大了盾構軸線控制難度，為確保施工安全與工程質量，需適當放慢推進速度，單次糾偏量需得到有效控制，允許適當提升注漿量，采取多次糾偏處理，最大程度降低地層損失，避免大范圍地面沉降[3]。

5.2.4 基于監測結果加固建（構）筑物

立足于建筑物的結構特點，綜合考慮沉降敏感程度與沉降許可范圍，在此基礎上合理設置箱涵變形警戒值。創建可靠的監測網，將其作為主要的信息獲取途徑，根據實際情況及時跟蹤注漿。此外，還需要在建筑物周邊創建觀測網，實現對變形情況的實時監測，獲得相關信息并作為現場施工作業的基本指導。

5.2.5 盾構穿越粉砂、圓礫地層

粉砂圓礫地層具有特殊性，因此盾構穿越該處時需要保持平穩的姿態，最大程度降低對土體的擾動，降低渣土中水的比例，向土體中加入適量的膨潤土泥漿、泡沫劑等改善渣土和易性。

5.2.6 盾構掘進時避免地表塌陷

綜合考慮地質情況、隧道埋深等多方面因素，確定土倉平衡土壓力，不可出現明顯波動線性；創建渣土改良系統，合理選擇外加劑，如優質膨潤土等，在其作用下改進砂卵石土性能，使其具有較好的流塑性與止水性，保證所得開挖面足夠穩定；施工中注重對出土量的控制，不可出現超挖現象；合理調節盾構姿態，但要避免超量糾偏行為。根據施工要求，及時做好同步注漿作業，要求注漿壓力與注漿量與工程實際情況相符；若地表沉降偏大，需展開二次注漿作業。注重對施工現場的監控，分析監測資料，以此為參考調節盾構掘進參數。

6 結語

綜上所述，本文對砂礫石地層采取土壓平衡盾構施工技術進行了相關研究，分析了地形沉降的影響因素，同時為避免發生地表沉降對該技術提出了相應的改進措施，希望能夠為類似施工提供借鑒。