復雜地質條件對盾構施工的影響及控制措施

李士永，郭利剛，董會民

北京城建勘測設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210000

地鐵盾構施工對周圍建（構）筑物、地面交通影響小，施工速度快，能夠適應各種復雜地質條件，是地鐵建設中常用的工法之一[1]。地鐵盾構施工經常遇到影響施工進程和安全的復雜地質條件，有大粒徑砂卵石地層、高度軟硬不均地層、軟土地層、硬巖、基巖突起與孤石、巖溶隧道與水體下淺覆土等，國內外學者已進行過大量研究，并取得了諸多技術突破[2-4]。文章以某地鐵隧道為例，介紹大面積厚填土下隧道穿越軟土時的復雜地質條件對盾構施工的影響以及采取的控制措施。

1 工程概況

擬建隧道長度約1045m，底板埋深約8.7～17.0m，隧道直徑6.2m，左右線間距約15m，設置1設聯絡通道，正線采用盾構法施工，聯絡通道采用凍結加固礦山開挖法施工。擬建隧道沿規劃道路敷設，周邊環境以荒地為主，靠近大里程端下穿高架橋和側穿住宅樓。

2 地質情況

2.1 工程地質

擬建工程場地位于南京河西地區，屬于長江漫灘地貌單元，地形起伏較為平緩，地勢呈西高東低狀，勘察期間實測鉆孔孔口標高為4.43～11.89m。場地覆蓋層約60m，受人類長期活動影響，場地分布較厚填土層（2.9～11.5m），下部以全新世中晚期沉積的新近沉積土（包括淤泥質粉質黏土、粉質黏土與粉砂互層、粉細砂層和中粗砂層）為主，下伏基巖為泥巖、粉砂質泥巖。

隧道穿越地層主要為淤泥質粉質黏土，如圖1所示。場地內淤泥質粉質黏土具有壓縮性高、含水量大、強度低和透水性差的特點，工程性質極差。隧道上方堆填大面積厚填土，均勻性差，土層松散，強度低，壓縮性高，易變形坍塌。

圖1 擬建隧道某段地質剖面圖

2.2 水文地質

場地地下水主要為孔隙潛水和承壓水。潛水主要分布于上部人工填土，埋深1.40～9.50m，受季節性變化影響較大；承壓水分布于中下部巨厚砂層，埋深4.10～5.90m，雨水期水位略有提高。潛水的補給來源主要為大氣降水、管道滲漏和場外含水層的側向徑流補給，以蒸發、側向徑流為主要方式排泄；承壓水補給來源為場外含水層側向徑流及孔隙潛水越流補給，以地下徑流為排泄方式。

3 地質條件對盾構施工影響分析及控制措施

3.1 地面沉降及控制措施

擬建隧道主要穿越淤泥質粉質黏土層，隧道上方是大面積松散厚填土，地層穩定性極差，洞身側壁、掌子面易失穩，易坍塌變形，造成地層損失過大，引起地面過大沉降。

地面沉降控制原則是采取各種措施保持隧道周圍巖土體穩定，防止水土流失進而控制地面沉降。就該工程而言，主要采取以下控制措施[5]。

（1）對隧道周圍土體進行加固改良，一般采用水泥攪拌樁或者高壓旋噴。

（2）盾構在推進過程中應合理設置土壓力值，保持開挖面平穩，防止超挖和欠挖，選用土壓平衡式盾構設備，減少對土層的擾動。

（3）控制盾構姿態，推進軸線盡量與隧道軸線保持一致，嚴格控制盾構糾偏量，減少盾構在地層中的擺動與對地層的擾動。

（4）選擇合理的掘進參數，提高隧道施工速度和連續性，減小施工對地層的影響。

（5）嚴格控制好盾尾注漿，使用合適的添加劑對土體進行改良，必要時進行二次注漿，同時選用抗滲性較好的襯砌結構。

3.2 填土的影響及控制措施

隧道上方分布有大面積厚填土，具有均勻性差、強度低、穩定性差的特點。填土層被盾構施工切割后留下的臨空土體毫無自身穩定能力，造成地面沉降或垮塌。填土不僅對隧道施工影響較大，還對地鐵運營安全造成威脅。后期建設開發卸載會使地基土產生回彈，從而導致已建成隧道產生隆起的風險，不均勻隆起變形會造成管片開裂，嚴重時會影響地鐵的正常使用。建議采取以下技術措施加以防范。

（1）在隧道施工前對場地堆積填土進行換填、清運、加固及整平處理，加固范圍不小于盾構影響范圍，整平后的地面標高宜按地塊規劃控制要求確定。

（2）施工時控制好盾構姿態和掘進速率，加強同步注漿，做好信息化施工管理，及時調整掘進參數，減少填土對盾構施工的影響。

（3）對隧道周圍土體進行加固改良，減少后期堆載可能對建成隧道的影響，保證隧道結構安全。

（4）運營期加強對自身及周邊工程建設監控，嚴控隧道兩側及隧道上方的工程建設行為。

3.3 淺覆土層地段的影響及控制措施

擬建隧道部分地段上覆土層厚度約4m，小于1倍的隧道直徑（6.2m），屬于盾構淺覆土地段。地下水埋深較淺，淺覆土地段隧道易上浮引發地面隆起，進而造成冒水、冒漿事故，同時覆土淺與水頭壓力高造成土壓平衡不易建立。

為確保盾構安全，建議盾構前對淺覆土段進行分層回填壓實處理，達到規劃控制標高，必要時對隧道周圍土體進行預加固處理。由于覆土荷載小，使開挖面壓力允許范圍縮小，在盾構掘進中，應嚴控開挖面壓力，選用優良泥漿或添加劑，盡量減小對地表的影響，最好使用早期強度高、凝結時間短的壁后注漿材料。施工過程中根據實際工況，精確控制好土壓、掘進速率以及盾構姿態等，嚴控出渣量，加強管片選型和拼裝工作及施工監測，保證施工的連續性[6]。

4 結束語

地鐵盾構施工中地面沉降是不可避免的，尤其在當隧道埋深較淺，周圍土質較差的情況下，盾構掘進對地層的擾動更為明顯，同時復雜的地質條件可能造成隧道隆起、地面冒水冒漿、管片開裂等事故。查清場地工程地質條件與水文條件，結合工況對不良地段進行預加固，施工過程中嚴控土倉壓力、掘進速率及出渣量，還應嚴控盾構糾偏量，保持開挖面平穩，減少地層的擾動，保證同步注漿與二次注漿飽滿，加強施工監測，及時調整掘進參數等，做好信息化施工管理等措施，最終確保施工安全與質量。