盾構掘進過程中，地質條件對地表及周邊環境的影響

王立同 高粉霞

【摘 ?要】隨著我國地鐵建設事業的發展，盾構掘進技術的應用范圍越來越廣泛，合理應用盾構施工技術，可以保證工程質量與效率。但是，在盾構掘進過程中，穿越不同地質時對周邊環境產生的影響也存在差異，這便體現出工程測繪的重要性?；诖耍恼聦Υ藛栴}展開研究，并且根據不同的工程地質條件提出應對措施，希望對相關從業人員提供參考與借鑒。

【關鍵詞】盾構;地質;環境影響;應對措施

盾構掘進技術的應用優勢為勞動強度低、掘進速度快、自動化程度高等，同時不會妨礙到地面交通與設施，近些年被廣泛應用到實際工程中。然而，盾構隧道施工會直接與地下土壤接觸，導致地層變形與地面沉降等問題的產生，尤其是通過復雜地質區域時，地層沉降與土體擾動還會引發連鎖的環境病害問題。因此，在開展盾構掘進施工時，一定要對不同種類的地質條件進行研究，著重分析施工過程中對地下與地面造成的環境影響，這樣才能明確不同地質條件在盾構施工中的變化效果。此外還要制定針對性的應對措施，這樣才能保證盾構施工的綜合質量，將工程項目對周圍環境形成的影響降至最低。

1.盾構掘進造成的影響分析

在采用盾構掘進技術前，要對工程項目施工線路的水文環境開展全面勘察與測繪，結合環境情況制定科學合理的執行方案。由于盾構施工會對原土層結構形成破壞，因此會在地下與地表產生各類連鎖反應，例如地層損失、建筑物沉降、管線沉降以及地下水位變化等，具體如下：（1）盾構推進引起的土體位移一般由多階段組成，當盾構機通過后，盾構孔隙的閉合情況會引起一定程度的地表位移，盾尾孔隙會隨著土體擾動效果逐漸變化，通常情況下要很久才能得到回復;（2）建筑物沉降指的是在盾構正常掘進過程中，建筑物的沉降與地表沉降相同，這也是由于地表與地下情況變化所導致的;（3）地下管線沉降，隧道周圍地下管線主要有煤氣管、給水管、排污管，與隧道正交的橫斷面沉降基本呈正態曲線分布，管線在盾構掘進主要影響區內的管線沉降大，主影響區外沉降小。

2. 不同的地質條件對周邊環境的影響

2.1 軟土地基對周邊環境的影響

盾構掘進穿越軟土地基時，例如淤泥質土層，由于該類土質承載能力較低、整體結構松軟、含水量高，因此容易產生流變與觸變等現象。盾構機掘進時會對地層產生較大的擾動，導致地基失穩與變形，同時刀盤中心區域容易形成泥餅，對掘進施工效率造成影響，在此過程中不僅掘進速度降低，而且土倉內溫度升高，影響主軸運行壽命，嚴重時會造成主軸老化。此外，由于上層淤泥土流變性強，容易產生下陷情況，這樣還會導致開挖面失穩，使工程項目埋下安全質量隱患。

盾構隧道的施工過程中，對周圍地層的擾動主要表現為側向變形，在盾構推進過程中可將地表變形分為盾構到達前的變形、盾構達到后的變形以及盾構掘進完畢后的變形。此外，盾構隧道的施工引起地面變形的因素主要有盾構擠土、周圍土體之間摩擦產生變化所形成的土體損失。因此，在深埋程度的增加過程中，土體損失情況也會隨著地面沉降系數而產生變化，例如產生地面隆起現象時，土體變化范圍也會形成連鎖反應。

在針對軟土地層開展盾構掘進時，可以加大底部千斤頂推進油缸的推力組合，并且對盾構設備的姿態進行調整，保證土渣的排出效率。當地層沉降情況比較明顯時，還要立即進行二次注漿，對地表進行注漿加固。

2.2 濕陷性黃土對周邊環境的影響

濕陷性黃土層與黏性土層不同，該地層結構具有大孔隙、均勻無層理、疏松等特點，盾構施工中如果沒有準確控制參數，將會引起較大的地層損失。該類型的地質條件在盾構開挖前的水平應力分布較為平均，在隧道開挖后由于建筑空隙的形成，導致原有的穩定結構與水平應力都會產生改變。例如在黃土地層中開展盾構施工時，當盾構臨時停機、千斤頂回縮以及盾構超挖等因素的影響，都會導致土體向開挖面移動，如果沒有及時控制，將會發生嚴重破壞。此外，根據開挖面土顆粒移動情況能夠分析出，黃土地層中的土體移動會從地下至地表不斷發展，最終在開挖面前方形成類似拋物線的滑動面。

因此，在濕陷性黃土地層進行盾構掘進時，要對斷面與地層損失情況進行實時監測，必要時要采用同步灌漿的施工方案，并且對注漿率進行精確控制，以此來保證工程項目整體質量。

2.3 砂卵石地層對周邊環境的影響

砂卵石地層是一種典型的力學不穩定地層，其特點為無膠結、整體結構松散以及卵石粒徑不一等，當盾構掘進穿越砂卵石地層時，機械刀盤的接觸面地質存在差異化，從而導致刀頭在前進中產生強烈振動，這時當頂進力受到影響時，會使原本的結構平衡性產生變化，引發明顯的地形變化，使開挖面與洞壁失去約束，當擾動程度無法控制時，便會引發隧道頂部的大塊卵石脫落，最終引起地層沉陷。

由于卵石土體具有離散特點，開挖過程中無法保證開挖面上部區域的結構穩定性，當開挖面處于失穩狀態時，開挖面周圍的土體會產生大量沉降現象，并且結構破裂逐漸由土體發展至地表。因此在進行盾構掘進施工時，應該根據情況對開挖面與土倉內注入添加劑，例如高效發泡劑與膨潤土等，以此來保證刀具通過后土體結構不會產生大程度的變化。此外，還要及時充滿土倉與螺旋輸送機的作業空間，保證開挖面的水壓與土壓平衡。

2.4 上軟下硬地層對周邊環境的影響

盾構掘進施工有時候還會穿越上軟下硬地層，也就是以殘積土為主的復合型土層，多數上軟下硬地層的主要巖石組成為花崗巖殘積土。盾構隧道在此類地層施工始終是盾構施工難點工作，該類型土層中的盾構掘進作業不僅進程緩慢，而且掘進方向容易產生變化，刀具磨損比較嚴重，如果未能及時更換刀頭，還會導致盾構設備損壞。此外，盾構在上軟下硬地層中穿越時，可能遇到從硬巖進入軟巖或者從軟巖進入硬巖的情況，有時軟巖土層既有自身的不穩定性，同時還具備硬巖的強度。因此，為保證掘進工程效率，在對盾構刀頭與刀具進行優化調整后，勢必會對周圍情況造成嚴重影響，并且產生不同程度的沉降現象，嚴重時還會導致地層結構破壞，無法控制盾構機械的姿態。

因此，在施工中要根據土壓平衡原理設定土壓力值，以此來保證開挖面的穩定程度，同時還要明確盾構設備的換刀時間與頻率，隨時監測土體位移情況，根據監測結果對施工參數作出調整。

3. 結語

綜上所述，盾構施工技術的廣泛應用，使隧道建設工程的質量與效率得到有效保證，這也是現代化技術與傳統工程領域的完美結合。然而，由于隧道工程規模普遍較大，在盾構掘進中會穿越不同地質，對周圍環境造成的影響也存在不同。因此，為保證盾構隧道施工中的安全質量，需要在開挖前做好工程的可行性研究調查，這樣才能促進工程項目的經濟可靠程度。本文首先對盾構掘進引起的沉降問題作出闡述，其次分別對盾構施工中軟土地基、濕陷性黃土、砂卵石地層、上軟下硬地層中形成的環境影響進行介紹，并且制定相應的施工措施，對盾構掘進施工的順利開展提供保障。

參考文獻

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