盾構(gòu)法施工對地表的變形規(guī)律與施工管控要點

吳一超

摘要：以深圳至惠州城際前海保稅區(qū)至坪地段工程為例，為確保施工質(zhì)量、施工安全和施工進度，對盾構(gòu)法施工對地表的變形規(guī)律影響進行分析，并提出了盾構(gòu)掘進、壁后注漿、管片制作與拼裝、大坡度施工等一系列施工要點。以期為類似工程項目施工方案的制定以及盾構(gòu)法施工工藝的優(yōu)化提供幫助。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)法施工；施工；沉降標(biāo)準(zhǔn)；地表建筑物

0? ?引言

在盾構(gòu)法施工過程中，地表建筑物沉降的主要原因包括土體擾動、地下水流失和盾構(gòu)機對土體的擠壓等。為了有效控制地表建筑物沉降，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了一系列研究，并制定了相應(yīng)的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

韓守程[1]引入Kerr地基模型，進行盾構(gòu)施工對既有管線的變形影響分析，從更多角度得到了盾構(gòu)施工對地下管線與構(gòu)筑物的影響。馬浴陽[2]以某多重地質(zhì)構(gòu)造的隧道工程項目為例，分析盾構(gòu)下穿施工時的沉降規(guī)律，并提出對應(yīng)的工程項目施工沉降控制措施。單宇[3]以某富水砂層地質(zhì)條件下的工程項目為例，對盾構(gòu)施工穿越錨索區(qū)設(shè)計進行了研究。為深化盾構(gòu)法在工程與相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的推廣應(yīng)用，本文以深圳至惠州城際前海保稅區(qū)至坪地段工程作為實例，開展盾構(gòu)法施工要點研究。

1? ?盾構(gòu)法施工對地表變形影響規(guī)律

盾構(gòu)法作為一種現(xiàn)代化的地下工程建設(shè)方法，具有高效、安全、環(huán)保等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于城市軌道交通、給排水管道等領(lǐng)域。然而，盾構(gòu)法施工過程中的地表建筑物沉降問題一直是影響工程質(zhì)量和安全的難題。因此研究此項施工技術(shù)對地表變形的影響規(guī)律，以此為依據(jù)規(guī)范盾構(gòu)法施工措施，對于提高工程質(zhì)量和安全具有重要意義。

盾構(gòu)施工技術(shù)在工程項目中的應(yīng)用，不可避免的會引起地表沉降等現(xiàn)象，甚至?xí)谕练介_挖的上部形成一個沉降槽，從而對土方周圍建筑物的安全性與穩(wěn)定性造成負(fù)面影響。為確保工程的順利實施，需要掌握盾構(gòu)法施工對地表的變形規(guī)律。在此過程中，引進Peck曲線，對沉降槽在不排水條件下的沉降曲線進行描述，計算公式如下：

式中：V代表沉降槽在不排水條件下的沉降曲線。S代表沉降值。在此基礎(chǔ)上，如周圍地層土質(zhì)大多為粘性土質(zhì)，可按照下述公式計算單位長度條件下地層的損失率。

式中：L代表單位長度條件下地層的損失率。D代表隧道直徑。整理上述公式，得到盾構(gòu)施工中的豎向位移曲線表達(dá)式如下：

式中：S（x）代表盾構(gòu)施工中的豎向位移曲線表達(dá)式。i代表位移矢量。e代表拉伸應(yīng)變系數(shù)。

參照上述方式，整理可以得到盾構(gòu)施工中的橫向位移曲線表達(dá)式，通過此種方式，掌握盾構(gòu)法施工技術(shù)的應(yīng)用對工程項目所在地地表沉降的影響。

2? ?工程概況

2.1? ?工程基本情況

深惠城際前海保稅區(qū)至惠城南段為2022年前啟動建設(shè)項目，線路走向由原珠三角城際網(wǎng)中的經(jīng)惠城-惠陽-深圳的東線方案，調(diào)整為大灣區(qū)城際網(wǎng)中的經(jīng)惠城-仲愷-深圳的西線方案，正線全長142.6km。本次研究的工程項目先開段位于坪地站-龍城站區(qū)間，屬于深圳市龍崗區(qū)。

龍城站-龍嶺工作井盾構(gòu)段西起龍城站東端，區(qū)間隧道線間距11～17.6m。盾構(gòu)隧道從龍嶺工作井出發(fā)后，經(jīng)過兩個半徑為1300m的平面曲線，穿過田祖上水庫。經(jīng)一個半徑為650m和一個半徑為800m的平面曲線向西南方向轉(zhuǎn)入碧新路地下敷設(shè)，后向西轉(zhuǎn)入盛龍路地下敷設(shè)，到達(dá)龍嶺工作井東端沿盛龍路地下敷設(shè)。小凈距到達(dá)龍城站東側(cè)接收端，左線全長為4748.8m，右線全長為4749.8m。

本區(qū)間隧道由兩個分離單洞組成，區(qū)間于DK51+615、DK52+115、DK52+615、DK53+076、DK53+576、DK53+982、DK54+550、DK55+050和DK55+432處，設(shè)置9座聯(lián)絡(luò)通道與1座廢水處理泵房，對應(yīng)的泵房與聯(lián)絡(luò)通道在與工程業(yè)主方商議后，決定使用暗挖法進行施工。先開段全長4.81km，包含1座工作井和1個盾構(gòu)區(qū)間。龍嶺工作井長度56.3m，結(jié)構(gòu)寬35.28m，結(jié)構(gòu)高19.2m，頂板覆土約2.4m。

本工程包含龍城站-龍嶺工作井1個盾構(gòu)區(qū)間，盾構(gòu)法施工長度為9507.081m，共投入2臺φ9140（刀盤開挖直徑）EPB+TBM雙模盾構(gòu)機施工。本工程盾構(gòu)法隧道具體概況詳見表1。

2.2? ?地質(zhì)狀況

區(qū)間主要穿越微風(fēng)化灰?guī)r、中風(fēng)化灰?guī)r、強風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化花崗巖、強風(fēng)化花崗巖、粉質(zhì)黏土。風(fēng)化巖與殘積土：全線下伏基巖為加里東期混合花崗巖，風(fēng)化巖與殘積土屬花崗巖風(fēng)化殘積產(chǎn)物。具體工程地質(zhì)情況及設(shè)計參數(shù)見表2。

本場地內(nèi)地表水發(fā)育，地表水主要為水塘水及河塘水。線路在DK54+100～400處下穿田組上水庫，在DK52+750附近下穿龍溪河。基巖裂隙水賦存于全風(fēng)化、土狀強風(fēng)化、塊狀強風(fēng)化砂巖、花崗巖風(fēng)化裂隙中，為場地內(nèi)的主要含水區(qū)域。

3? ?施工管控要點

3.1? ?盾構(gòu)掘進

結(jié)合標(biāo)段的地質(zhì)條件，盾構(gòu)始發(fā)段按土壓力平衡方式進行開挖，既能確保基坑周圍土體的穩(wěn)定性，又能確保地面建筑及結(jié)構(gòu)的安全。在正常推進階段，以120m試掘方式，掌握最優(yōu)參數(shù)；通過對施工過程中的監(jiān)控和不斷改進的技術(shù)措施，有效地控制了地表沉陷[4]。

盾構(gòu)機的推進速率是由盾構(gòu)推進力和刀盤轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)矩）來實現(xiàn)的，而排土量主要是通過調(diào)節(jié)螺桿輸送機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的。在隧道開挖過程中，需要根據(jù)隧道的地質(zhì)情況、卸壓渣土狀況、盾構(gòu)各工作狀態(tài)參數(shù)等因素，對隧道開挖過程進行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化[5]。

在正常施工階段，需要做到：熟悉地表狀況、盾構(gòu)機推進路徑，掌握前方危險狀況；通過合理的操作參數(shù)，使土壓力、掘進速度、刀盤扭矩、螺桿鉆進速度等相互配合，確保不會出現(xiàn)超方或少超方現(xiàn)象；對巖層進行準(zhǔn)確的判斷，并根據(jù)實際情況進行相應(yīng)調(diào)整，從而保證了渣土質(zhì)量滿足要求；在正常停機時，一定要在土倉中打1～2m3的膨潤土[6]。

盾構(gòu)渣土卸完后，利用渣土分離器將每個渣土槽中的渣土分離，并將渣土運往深圳市相關(guān)部門指定的垃圾場[7]。自卸車應(yīng)具有較好的密封性，防止渣土在運輸過程中撒漏。為應(yīng)對突發(fā)事件（如交通、天氣等），在盾構(gòu)始發(fā)區(qū)挖掘孔旁設(shè)置一處可儲存3天盾構(gòu)作業(yè)量的棄渣庫，以防止盾構(gòu)停止掘進。

3.2? ?壁后注漿

利用水泥漿進行注漿，可有效地防止地下水沖蝕。在施工過程中，根據(jù)地層條件、地下水條件和周圍環(huán)境條件，經(jīng)現(xiàn)場試驗，合理選取混凝土配合比。單位體積漿液材料用量如表3所示。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實際施工情況，通過添加促進劑、改變配合比等方法，對P·42.5普通硅酸鹽水泥在3～8h的膠凝時間進行調(diào)節(jié)。對強透水性地層及對早強要求的地段，可以通過現(xiàn)場試驗進一步調(diào)節(jié)配合比，或添加早強劑等措施，以縮短成膠時間。在盾構(gòu)推進過程中，采用雙泵六管線（6個注水點）對稱同步注漿。圖1為同步注漿示意圖。

灌漿可按要求分為手動和自動兩種。采用自動化控制的方法，可對灌漿壓力進行預(yù)先設(shè)置，然后根據(jù)程序?qū)酀{速率進行自動調(diào)節(jié)，在灌漿壓力達(dá)到一定值后，自動終止灌漿。人工操作的方法是根據(jù)施工進度，通過人工調(diào)節(jié)注漿的流量、速度和壓力[8]。

3.3? ?管片拼裝

通常，按照從下往上的順序進行拼裝，并根據(jù)蓋層的位置來決定組裝的順序。該項目的盾構(gòu)區(qū)間為8000mm的盾構(gòu)區(qū)間，其楔形尺寸為40mm。每環(huán)管片由1個頂塊、2個相鄰塊和4個標(biāo)準(zhǔn)塊組合而成，采用錯縫拼裝的方法。管片拼裝流程如圖2所示。

拼裝前清理內(nèi)圓弧并干燥處理，保證施工安全。在安裝管片時，在保證隧道線形前提下，須確保后緣間距滿足下一輪施工要求。保持盾尾間隙，避免與管片接觸導(dǎo)致破損。拼裝順序為由下至上，再到鄰近節(jié)段。蓋塊安裝前加油，按1/3標(biāo)準(zhǔn)塊角錯縫組裝。蓋層組裝時，先將蓋層長度徑向推起，再縱向插入。管片就位后，及時將推桿頂向管片，確保頂推力足夠。拼裝完畢后，立即擰緊接頭螺栓，出殼前再二次擰緊，卸下前三次擰緊。

3.4? ?大坡度施工

在進行大坡度施工時，嚴(yán)格控制隧道軸線與合理糾偏。當(dāng)使用超挖刀裝置時，需嚴(yán)格控制超挖量。根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，適當(dāng)增加線路外弧側(cè)注漿量，并選用體積變化小、早期強度高的注漿材料，以此有效抵抗管片的偏移。合理設(shè)置測站位置及測量邊長度，提高測量頻率，避免由于測站位置及測量誤差導(dǎo)致的軸線誤差。加強檢查臺車及軌道安裝完好性，及時復(fù)緊鋼軌連接螺栓，防止后配套脫軌，必要時需增加防后配套傾覆措施。

嚴(yán)格控制盾尾間隙，避免盾尾間隙過小造成管片錯臺。提高管片拼裝手的水平，避免拼裝產(chǎn)生錯臺。加強螺栓復(fù)緊工作，有效防止管片錯臺。提前做好水平運輸設(shè)備的選型工作，確保車輛具備防溜車制動裝置。管片壁后注漿采用收縮率小、早期強度高的注漿材料，控制注漿對管片移位、錯臺等影響。

4? ?結(jié)束語

本文以深圳至惠州城際前海保稅區(qū)至坪地段工程為例，為確保施工質(zhì)量、施工安全和施工進度，對盾構(gòu)法施工對地表的變形規(guī)律影響進行分析，并提出了盾構(gòu)掘進、壁后注漿、管片制作與拼裝、大坡度施工等一系列施工要點。以期為類似工程項目施工方案的制定以及盾構(gòu)法施工工藝的優(yōu)化提供幫助。

本文的研究成果，對于優(yōu)化盾構(gòu)法施工工藝、提高地表建筑物沉降控制水平具有重要意義。然而，本研究仍存在一定的局限性，例如未能全面考慮氣候、環(huán)境等因素對沉降的影響等。未來的研究可以更加深入地探討這些因素，提出更加精確、全面的控制標(biāo)準(zhǔn)和方法。

參考文獻

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[2] 馬浴陽.多重地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜型隧道盾構(gòu)下穿既有隧道沉降規(guī)律及控制應(yīng)用[J].建筑機械，2023（5）：29-36+41.

[3] 單宇.富水砂層地質(zhì)條件盾構(gòu)穿越密集錨索區(qū)域施工質(zhì)量控制[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2023，50（4）：143-145.

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[7] 范奇，張?zhí)炱?盾構(gòu)法重疊隧道施工過程中施工順序及施工間隔對土體變形的影響研究[J].天津大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2022，55（12）：1318-1328.

[8] 韓超，秘金衛(wèi)，齊陽，等.青島某隧道盾構(gòu)法與礦山法施工交界處圍巖快速加固方法與應(yīng)用[J].工程勘察，2023，51（4）：7-11+30.