盾構下穿芙蓉大道隧道沉降控制技術研究

通過對無錫至江陰城際軌道交通工程盾構區間在砂質粉土層中近距離下穿芙蓉隧道的施工為案例基于闡述。由于黏質粉土土層空隙率大，含水比較豐富，顆粒間作用力小，局部易液化，自穩性極差，針對盾構近距離穿越黏質粉土地層對地層擾動大、穿越風險高的特點［1］，通過選取試驗段，選取合適的掘進參數及控制措施；由現場試驗得出總結，確定了穿越過程中掘進技術參數，將沉降控制在要求范圍內順利穿越芙蓉大道。

地鐵隧道; 盾構穿越; 黏質粉土; 沉降控制; 注漿; 監測

U455.43A

巖土工程與地下工程巖土工程與地下工程

［定稿日期］2023-02-28

［作者簡介］武偉（1994—），男，本科，助理工程師，主要從事地下城市空間工程工作。

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Symbol`@@"" 工程概況

1.1" 項目簡介

南門站—汽車客運站區間線路出南門站后向南拐入虹橋南路直行，側穿天虹橋，下穿華僑路下穿通道、側穿應天橋后下穿虹橋隧道，之后沿虹橋南路直行進入汽車客運站。本區間采用三段曲線，曲線半徑分別為1 200 m、3 000 m、2 500 m。線路中心線間距為14～21 m。區間縱斷面成節能坡，線路出南門站以28‰坡度下降，然后以緩坡上升，最后再以28.5‰坡度上坡至汽車客運站。隧道埋深為10.7～30.5 m。區間盾構在左線ZJXDK6+322.3707—ZJXDK6+352.8204，右線YJXDK6+319.5295—YJXDK6+349.9973下穿芙蓉隧道，分別對應環數為473～506環及471～504環（圖1）。

1.2" 工程地質及水文地質條件

1.2.1" 工程地質

汽車客運站—南門站區間主要穿越土層為②1淤泥質粉質黏土、②3淤泥質粉質黏土、②2-1黏質粉土、②4粉質黏土、⑥2黏土、⑥3T粉砂、⑥4粉質黏土。地基土特征自上而下詳見表1。

1.2.2" 水文地質條件

本標段地下水根據其埋藏條件，分為潛水、微承壓水及承壓水。

潛水含水層主要存在于全新統Q4填土層、②2黏質粉土層中，其透水性不均勻。主要接受大氣降水的入滲補給。

微承壓水含水層由④1黏質粉土夾粉砂、④2粉砂夾黏質粉土組成，具微承壓性。

承壓水賦存于⑦2粉土夾粉砂、⑧2粉質黏土夾粉土、⑨2粉砂和⑩3粉砂中。含水層的補給來源主要為承壓水的越流補給及地下逕流補給。

1.3" 隧道下穿芙蓉大道工程難點分析

南門站—汽車客運站區間盾構下穿芙蓉大道隧道，該地層為黏質粉土，其特性空隙率大，含水比較豐富，顆粒間作用力小，局部易振動液化，自穩性極差；芙蓉大道隧道為箱涵結構，樁基礎，寬27.2 m，箱涵高度7.85 m，芙蓉大道下穿隧道的800 mm立柱樁從隧道底往下長16 m，樁基礎底標高約-22.029 m。

受影響樁基有Z9-A1、Z9-A2、Z9-A3、Z9-A4、Z9-B1、Z9-B2、Z9-B3、Z9-B4、Z9-C1、Z9-C2、Z9-C3、Z9-C4，樁徑均為800 mm，樁基距隧頂最近處約1.184 m（Z9-A3/B3/C3）。

盾構穿越隧道過程中，若土壓過大、出土少，則對前方土體受到擠壓，土壓升高，芙蓉大道隧道原四周的受力狀態就會發生變化，產生變形。若土壓過小，就會發生局部超挖，造成開挖面土體坍塌，芙蓉大道隧道四周受力平衡受到破壞，發生沉降。盾構穿越芙蓉大道隧道是保證隧道沉降不超允許值，是本工程施工控制的重點及難點。

芙蓉大道隧道與盾構隧道關系見圖2、圖3。

2" 關鍵施工技術控制

2.1" 盾構施工參數設定

盾構穿越芙蓉大道隧道通過采用試驗段的方法確定盾構掘進參數和沉降控制，確保盾構機安全平穩的穿越芙蓉大道隧道。按照以往施工經驗確定穿越前50環為試驗段長度，即左線423～473環，右線421～471環為試驗段（50環）。

試驗段線路位于圓緩曲線上，右轉半徑為2 500 m，坡度從-28.583‰變為-24.083‰，隧道頂部覆土23.13～27.24 m。

巖土工程與地下工程武偉， 謝中文， 孟慶林： 盾構下穿芙蓉大道隧道沉降控制技術研究

在試驗段進行盾構掘進參數及沉降控制方法的調整及測試，正式穿越時，地表沉降變形及建構筑物沉降均處在可控范圍內［3］，主要施工參數如表2所示。

2.2" 同步注漿施工

隧道內同步注漿采用“準厚漿”，注漿壓力不得小于注漿量的最小值，結合試驗段的經驗，掘進過程中注漿壓力控制在為0.2～0.4 MPa［4］。注漿量控制在6 m3/環左右。

實際穿越芙蓉大道隧道中注漿速度隨掘進速度實時調整。根據試驗段掘進參數并根據下穿芙蓉大道時掘進速度與地面監測及掘進情況，嚴格控制推進過程中注漿量、注漿壓力及注漿速度（包括漿液稠度嚴格控制在10～12.5之間），掘進時具體參數見表3、表4。

2.3" 二次注漿施工

2.3.1" 二次注漿參數

（1）注漿漿液：采用水泥漿—水玻璃雙液漿，漿液配比∶雙液漿采用水玻璃用水稀釋1∶5，水泥漿水灰比1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶1。單液漿水灰比1∶1。

（2）注漿壓力：注漿壓力控制在0.5～1 MPa。

（3）注漿時間：管片脫出盾尾6～8環開始注入，第8環管片脫出盾尾前注完，每環約注入1.5 m3，分別從左上、左下、右上、右下4個注漿孔注入。

（4）注漿量：每環控制在1.5 m3左右。

2.3.2" 二次注漿具體措施

2.3.2.1" 環箍施工

左線470環拼裝完成后，進行464環環箍施工；471環拼裝完成后，472環掘進的同時，對465環施工環箍。因479～480環管片位置位于芙蓉大道圍護樁，479～480環脫出盾尾6環后，環箍施工。同理，505～506環管片位置位于芙蓉大道圍護樁，505～506環脫出盾尾6環后，環箍施工。形成有效的閉合，阻止后方地下水流入前方，以免影響沉降。

右線468環拼裝完成后，進行462環環箍施工，469環拼裝完成后，470環掘進的同時，對463環施工環箍。因477～478環管片位置位于芙蓉大道圍護樁，477～478環脫出盾尾6環后，環箍施工。同理，503～504環管片位置位于芙蓉大道圍護樁，503～504環脫出盾尾6環后，環箍施工。形成有效的閉合，阻止后方漿液流入前方，以免影響沉降。

2.3.2.2" 超前注漿管注漿

在盾構掘進過程中，安排監測人員跟機進行芙蓉大道地表沉降點監測，通過沉降數據，判斷盾構開挖面是否出現較大沉降，通過超前注漿管對開挖面進行注漿加固加以控制（圖4）。

盾構穿越芙蓉大道前，按正常推進，在穿越芙蓉大道隧道路段，為減小盾構機殼與土體的摩擦阻力及對土體的擾動，避免后期土體的固結沉降，故在穿越芙蓉大道時采用超前注漿管向外注射高濃度膨潤土漿［12］，使盾構機掘進時與四周土體之間保持潤滑。

2.3.2.3" 增設注漿孔二次注漿

考慮盾構穿越芙蓉大道后防止后期地表出現沉降，特在盾構下穿芙蓉大道隧道及其前后10環，采用增開注漿孔的特殊管片，每環增開10個注漿孔［8］，具體見圖5。

對盾構下穿芙蓉大道隧道及其前后10環的部分采用增設注漿孔的管片進行注漿加固。對脫出盾尾以的管片及時進行二次或多次補漿，注漿采用雙液漿，注漿時應遵循“多點、低壓、多次”注漿原則，采用“4步補漿法”［10］。注漿加固采用每隔1環進行1次補漿，第1、2步在脫出盾尾后6環在4點、12點方向補漿，第3、4步在脫出盾尾后15環在4點、12點方向補漿。補漿采用注漿總量與壓力同時控制，每次補漿量為0.5～0.8 m3，補漿壓力為0.5～1 MPa［11］。確保每環的二次注漿量在1.5 m3左右。

2.4" 盾構姿態控制

本區間線路含3段平曲線，穿越芙蓉大道曲線半徑為2 500 m［5］。根據試驗段總結，為避免曲線掘進增加地層損失，當減小對土體的擾動，作到少糾偏。具體措施如下：

（1）盾構掘進時，姿態控制在±30 mm以內，在曲線轉彎點處應多留±20 mm進行糾偏。

（2）盾構實際姿態與設計軸線不宜偏差過大，其夾角不得大于0.3%，本區間盾構長11.480 m，經計算下穿芙蓉大道時，實際掘進姿態與設計軸線偏差不得大于34.4 mm。

（3）盾構掘進中，糾正盾構姿態時應“勤糾偏、緩糾偏”，區域油頂壓力應緩慢同時增加，千斤頂油壓差值不應大于5 MPa，掘進時推力不大于300 t，油頂伸出長度值不大于20 mm。

（4）盾尾間隙差不得大于15 mm。

（5）盾構掘進時，根據實時參數，對管片適當進行糾偏，由掘進方向，采用在管片外側貼片的厚度大小進行糾偏，糾偏方向處貼片厚度不小于1 mm。

（6）下穿芙蓉大道段時，對盾構機開挖面土體進行改良，開挖面前出現超挖時及時通過注漿管進行漿液充填。

（7）“勤測量”，根據實時測量的數據，經計算后根據結果調整各區域的千斤頂的總推力，根據掘進中對地面監測點沉降情況，及時對注漿參數調整，有效控制地表沉降［7］。

3" 盾構下穿芙蓉大道沉降監測及管控措施

3.1" 監測范圍、頻率及警戒值

3.1.1" 監測范圍

下穿芙蓉大道隧道前，提前與交通局等部門進行溝通后，安排勘探人員對芙蓉大道地質進行詳勘，了解掌握芙蓉大道地質情況，便于做出應急措施。

根據本盾構區間工程特點及地質條件，盾構施工期間監測范圍為線路中心線左右各1.5H（H為隧道中心埋深）、盾構切口前方30環至后方80環范圍內，詳見圖6。

3.1.2" 監測頻率

隧道內視線較弱且車輛較多，考慮到人員儀器的安全，減少監測受外界車輛振動的干擾，確保數據準確可靠。監測頻率見表5。

裂縫觀測1～2考慮車流量較大保證早上5：00之前完成測量，如需加測晚上10：00以后進行測量；如出現險情請求總包單位協助指揮交通，并增加監測頻率

3.1.3" 監測報警值

監測警戒值見表6。

3.2" 監測結果

盾構下穿芙蓉大道隧道期間，各監測點沉降變化量均在可控范圍之內，從2021年10月18日，截至2021年10月22日，最大變化量為SD17監測點沉降值為-12.99 mm滿足穿越段控制要求（-30 mm，10 mm）。

3.3" 各階段管控措施

根據下穿越芙蓉大道隧道的工況及地質特點，將下穿芙蓉大道分為3個階段，分別為盾構穿越前試推進階段（A區），盾構穿越階段（特區）和盾構穿越后階段（B區）。

3.3.1" 盾構穿越前試推進階段

掘進時，盾構切口至芙蓉大道隧道前50～10環時，作為盾構試掘進階段。

試掘進階段，根據地面實時監測情況沉降不斷調整、收集盾構推力、推進速度、泡沫量［9］、油脂兩、同步注漿和二次注漿的壓力與注漿量及出土量等［6］，在正式下穿芙蓉大道時，確定最合適的掘進參數。

3.3.2" 盾構穿越階段

芙蓉大道共33環，為保證穿越時進行調整，選取芙蓉大道前后各10環范圍，共計約53環作為下穿芙蓉大道的穿越段。

下穿芙蓉大道時，先根據試掘進參數進行掘進施工，再根據隧道內測量及地表沉降數據對各施工參數進行調整。主要調整參數包含推進速度、土壓、同步注漿和二次注漿量及出土量等主要施工參數。此外，還可通過增設注漿孔的管片及時對周圍補漿。確保穿越過程中芙蓉大道隧道的安全。

3.3.3" 盾構穿越后階段

完成正式下穿芙蓉大道段后，選取盾尾脫出芙蓉大道隧道范圍后10～25環作為盾構穿越后階段。

在穿越過程中，及時對盾構四周土體進行補漿，地表沉降較小，穿越后，漿液凝固脫水，可能產生后期地表沉降，對芙蓉大道隧道造成影響。故在穿越段后要根據沉降監測情況進行二次補漿。

4" 結論

黏質粉土地層中穿越建筑物，采用“先詳勘、再試驗、多注漿、勤測量、調參數、二次注漿”的動態管理理念進行沉降控制［3］，有效地控制穿越過程中建筑物的沉降。

在下穿芙蓉大道前設置試掘進段，收集、整理黏質粉土地層盾構穿越建構筑物沉降控制技術參數，總結合適掘進參數。穿越時應用同步注漿、超前注漿管、增設注漿孔等注漿措施控制隧道變形技術、控制盾構掘進速度及控制隧道沉降等技術，在施工過程中有效控制了沉降變形，為在黏質粉土地層中盾構下穿建筑物施工提供了一定的參考經驗。

參考文獻

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［4］" 王偉.研究軌道交通盾構穿越鐵路施工技術［J］.工程建設與設計，2019（12）：210-212.

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［11］" 吳欽剛，李華強. 盾構穿越京津城際鐵路施工技術［J］.市政技術，2014（Z1）：104-106.

［12］" 王劍峰.穿越高速公路輸水工程中盾構法的應用［J］. 水利與建筑工程學報，2012（2）： 146-148.