1研究目的

地鐵隧道盾構(gòu)施工由于其為地下工程、周邊環(huán)境復(fù)雜、自身風(fēng)險(xiǎn)大的特點(diǎn)，施工中易出現(xiàn)地面沉降和變形的事故，其原因是盾構(gòu)施工引起的地層損失和施工過(guò)程中隧道土體受擾動(dòng)或者受剪切破壞的土體再固結(jié)所造成。因此，通過(guò)分析盾構(gòu)法隧道施工中土地?cái)_動(dòng)及沉降機(jī)理、地表沉降的規(guī)律，參考大量文獻(xiàn)，明確影響隧道施工地層擾動(dòng)及沉降的地層相關(guān)因素，并針對(duì)影響因素制定地表沉降控制措施，減少地鐵施工造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

本文研究針對(duì)天津市盾構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)周邊地表沉降控制開展研究，對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行了跟蹤，掌握了詳盡的現(xiàn)場(chǎng)資料，通過(guò)重點(diǎn)保護(hù)措施的實(shí)施，分析對(duì)周邊地表沉降控制的有效性，總結(jié)盾構(gòu)施工對(duì)周邊地表沉降控制的重點(diǎn):①根據(jù)區(qū)間地質(zhì)水文條件合理選擇盾構(gòu)機(jī)型號(hào);②合理布置盾構(gòu)始發(fā)段后靠受力體系和盾構(gòu)參數(shù);③依據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)不斷調(diào)整優(yōu)化同步注漿參數(shù);④分析得出盾構(gòu)施工控制地表沉降的要點(diǎn)。

2施工過(guò)程控制

本盾構(gòu)區(qū)間下穿建筑物、構(gòu)筑物，盾構(gòu)始發(fā)約有二分之一斷面處于⑥4粉質(zhì)粘土，約有四分之一斷面處于⑦粉質(zhì)粘土，約有四分之一斷面處于⑧1粉質(zhì)粘土。盾構(gòu)接收約有25%斷面處于⑧1粉質(zhì)粘土，約有50%斷面處于⑧2－1砂質(zhì)粉土，約有25%斷面處于⑧2－2粉砂。接收端為紅旗南路站，其為3號(hào)線與6號(hào)線換乘站，目前3號(hào)線已經(jīng)運(yùn)營(yíng)，而且接收端地質(zhì)條件差，接收時(shí)保證安全是工程的重點(diǎn)，一旦出現(xiàn)端頭井滲漏，出現(xiàn)大面積沉降的話，將造成既有線癱瘓，影響巨大。

2．1加固區(qū)控制

施工過(guò)程中全程監(jiān)控加固樁質(zhì)量，始發(fā)前，對(duì)加固區(qū)進(jìn)行了抽芯檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果:具有良好的均勻性和自立性，所取樁芯均滿足28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于等于1.0MPa;滲透系數(shù)小于等于1.0×10－7cm/s。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)加固區(qū)質(zhì)量，還需在洞門處進(jìn)行探水，洞門內(nèi)布置探孔數(shù)量為9個(gè)，在洞門中心及距離洞門圈30cm間隔2.3m位置開設(shè)探孔;洞門圈外部結(jié)構(gòu)死角處布置探孔4個(gè)，孔位布置詳間探孔布置，3－9。采用巖心鉆按照確定的點(diǎn)位進(jìn)行鉆孔，鉆孔深度為3.0米，孔徑為Φ50mm。探孔開設(shè)完畢后經(jīng)觀察均無(wú)明水。綜上，說(shuō)明本次端頭井加固質(zhì)量良好，對(duì)進(jìn)出洞門處的土體改良*顯著，證明了所選技術(shù)參數(shù)合理。

2．2始發(fā)階段控制

盾構(gòu)始發(fā)后，為了更好地掌握盾構(gòu)的各類參數(shù)，將盾構(gòu)始發(fā)后的前100m推進(jìn)為試推進(jìn)段。此段施工時(shí)應(yīng)注意對(duì)推進(jìn)參數(shù)的設(shè)定，對(duì)推進(jìn)時(shí)的各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、統(tǒng)計(jì)、分析，摸索地面沉降與施工參數(shù)之間的關(guān)系，爭(zhēng)取在較短時(shí)間內(nèi)掌握盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備的操作性能，及盾構(gòu)在本標(biāo)段地質(zhì)條件下推進(jìn)的施工參數(shù)設(shè)定范圍。

(1)實(shí)施100m試推進(jìn)的目的:①用*短的時(shí)間對(duì)盾構(gòu)機(jī)的操作方法、機(jī)械性能進(jìn)行熟悉;②了解和認(rèn)識(shí)本工程的地質(zhì)條件，掌握土壓盾構(gòu)在本地區(qū)的施工特性，盡快摸索出各種參數(shù)的正確設(shè)定方法;③為了掌握各種施工參數(shù)的正確設(shè)定方法，在試驗(yàn)段采取多種監(jiān)測(cè)手段如地面沉降監(jiān)測(cè)、深層沉降監(jiān)測(cè)等，廣泛采集信息以指導(dǎo)盾構(gòu)施工;④通過(guò)本段施工還要求通過(guò)對(duì)各種監(jiān)測(cè)信息的分析，掌握盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)和合適的同步注漿量。施工試驗(yàn)段時(shí)要求增加監(jiān)測(cè)頻率，并及時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋給施工技術(shù)人員進(jìn)行分析，據(jù)此隨時(shí)調(diào)整各參數(shù)，直至地面沉降及盾構(gòu)姿態(tài)處于受控狀態(tài)為止。

(2)前100m試推進(jìn)段的施工重點(diǎn):①當(dāng)推進(jìn)至20環(huán)時(shí)，對(duì)洞門進(jìn)行注漿，防止可能的土體流失;②當(dāng)100m試推進(jìn)結(jié)束后，隧道擁有足夠的摩阻力來(lái)抵抗盾構(gòu)掘進(jìn)反力后，可趁施工間隙進(jìn)行負(fù)環(huán)管片和盾構(gòu)基座的拆除工作。同時(shí)在井底搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)鋪設(shè)岔道，以及雙道平行電機(jī)車軌道。

2．3盾構(gòu)參數(shù)控制

(1)加固區(qū)內(nèi)推進(jìn):①盾構(gòu)在穿越加固區(qū)時(shí)，應(yīng)要密切注意刀盤扭矩、螺旋機(jī)扭矩、油溫、水溫等參數(shù);②嚴(yán)格控制土壓力，將始發(fā)壓力設(shè)定在0.00～0.10MPa，并結(jié)合推進(jìn)油壓、刀盤油壓等情況進(jìn)行合理調(diào)整。同時(shí)結(jié)合沉降報(bào)表和其它施工參數(shù)進(jìn)行分析、調(diào)整，反饋給推進(jìn)班組確保始發(fā)施工安全;③嚴(yán)格控制出土量，每環(huán)出土量控制在46.99m3～47.95m3。并通過(guò)分析調(diào)整，尋找*合理的數(shù)值;④推進(jìn)速度偏慢，控制在1cm/min以內(nèi)。同時(shí)根據(jù)需要在盾構(gòu)正前方引入發(fā)泡劑或膨潤(rùn)土，以改善前方的土質(zhì);⑤對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行密布并提高監(jiān)測(cè)頻率;⑥動(dòng)態(tài)信息傳遞;⑦穿越加固區(qū)注意事項(xiàng):a．負(fù)環(huán)管片脫出盾尾后，需進(jìn)行加固;b．千斤頂總推力控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，防止后靠變形過(guò)大，推力盡量不超過(guò)1000T;c．盾構(gòu)機(jī)器駛?cè)攵慈r(shí)，需加強(qiáng)關(guān)注洞圈止水設(shè)備完好狀

態(tài)，狀態(tài)不好要采取加固措施。

(2)出加固區(qū)后的推進(jìn):①平衡壓力值的設(shè)定原則，始發(fā)段理論土壓力0.152MPa;②推進(jìn)出土量控制，每環(huán)理論出土量47.95m3，推進(jìn)出土量保證在98%～100%之間;③推進(jìn)速度，宜控制在1～2cm/min之間，并根據(jù)各種因素合理調(diào)整推進(jìn)速度;④盾構(gòu)軸線誤差及地表沉降量要求，軸線誤差不得大于50mm。地面沉降量控制在+10mm～－30mm。對(duì)于特殊部位，則根據(jù)保護(hù)要求適當(dāng)提高沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

2．4同步注漿和二次注漿

(1)同步注漿。盾構(gòu)推進(jìn)中的同步注漿是充填土體與管片圓環(huán)間的建筑間隙和減少后期變形的主要手段，也是盾構(gòu)推進(jìn)施工中的一道重要工序。盾構(gòu)推進(jìn)施工中的注漿應(yīng)及時(shí)、均勻、足量的壓注，確保其建筑空隙得到及時(shí)和足量的充填，并由此使地表變形和管片偏移量降低到*小，同時(shí)輔助防止管片接縫漏水。漿液設(shè)計(jì)性能要求:同步漿液(見表1)應(yīng)滿足泵送要求，漿液的泌水率、漿液1天的強(qiáng)度、28天的強(qiáng)度均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。為滿足以上要求，本工程決定使用可硬性漿液。可硬性漿液已在很多工程中使用，其強(qiáng)度指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，在保持隧道穩(wěn)定等方面具有良好的*。此外，此漿液的體積縮小量低，地下水造成的稀釋影響小，且無(wú)污染。

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(2)二次注漿。在每臺(tái)盾構(gòu)機(jī)*后一節(jié)車架后面配備2.5*1m平板車，放置一臺(tái)注漿機(jī)、一套攪拌系統(tǒng)，保障盾尾以后車架范圍內(nèi)的所有管片都能隨時(shí)實(shí)現(xiàn)間歇注漿或二次注漿。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加密補(bǔ)壓漿。對(duì)管片的建筑空隙二次注漿一般為每隔5環(huán)注漿一次。漿液為可硬性漿液，特殊重要區(qū)域二次注漿可采用雙液漿，為水泥漿和水玻璃的混合漿液。壓漿時(shí)必須指派專人負(fù)責(zé)，對(duì)壓入位置、壓入量、壓力值均作詳細(xì)記錄，并根據(jù)地層變形監(jiān)測(cè)信息及時(shí)調(diào)整，確保壓漿工序的施工質(zhì)量。此外，還需根據(jù)后期沉降的情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)壓漿。

2．5接收階段控制

盾構(gòu)接收前50環(huán)為接收階段，在接收段盾構(gòu)施工過(guò)程中必須嚴(yán)格控制切口平衡土壓力，使得盾構(gòu)切口處的地層有微小的隆起量來(lái)平衡盾構(gòu)背土?xí)r的地層沉降量。同時(shí)也必須嚴(yán)格控制與切口平衡壓力有關(guān)的施工參數(shù)，如出土量、推進(jìn)速度、總推力、實(shí)際土壓力圍繞設(shè)定土壓力波動(dòng)的差值等。防止超挖、欠挖盡量減少平衡壓力的波動(dòng)。在盾構(gòu)進(jìn)入加固區(qū)以后，土壓和總推力適當(dāng)減小，保證洞門的安全，主要控制要點(diǎn)如圖1。

本次洞門鑿除采用粉碎性鑿除，割去內(nèi)排鋼筋、外排鋼筋，清理洞門內(nèi)殘余鋼筋，保證到達(dá)接收時(shí)無(wú)障礙物。要求在洞圈區(qū)域內(nèi)適當(dāng)位置打出一定數(shù)量的樣孔以核驗(yàn)盾構(gòu)到達(dá)正前方的地層加固情，暫定在洞門上下位置、左右位置及中心部位總共設(shè)置9個(gè)樣孔，同時(shí)依據(jù)樣孔的情況適當(dāng)增加。確保樣洞條件良好的前提下，才能進(jìn)行洞門鑿除工作，如圖2、圖3所示。

3監(jiān)測(cè)分析

針對(duì)一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構(gòu)區(qū)間的沉降觀測(cè)共持續(xù)240天，共測(cè)取觀測(cè)數(shù)據(jù)6500多組，分為三個(gè)階段，其中盾構(gòu)始發(fā)階段21天，盾構(gòu)正常掘進(jìn)段146天，盾構(gòu)接收段及后續(xù)監(jiān)測(cè)73天。第一階段*大沉降量為20.55mm，觀測(cè)點(diǎn)位為DBC－09－08，觀測(cè)日期為2015年1月20日;第二階段*大沉降量為15.37mm，觀測(cè)點(diǎn)位為DBC－35－04，觀測(cè)日期為2015年6月20日;第三階段*大沉降量為17.93mm，觀測(cè)點(diǎn)位為DBC－43－18，觀測(cè)日期為2015年8月30日。統(tǒng)計(jì)如表2所示。

根據(jù)一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構(gòu)區(qū)間施工的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分為三個(gè)階段沉降觀測(cè)點(diǎn)的沉降－時(shí)間曲線圖。

第一階段(盾構(gòu)始發(fā)階段):盾構(gòu)始發(fā)階段施工中，對(duì)地表沉降點(diǎn)DBC05至DBC09斷面的各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)據(jù)整理，其沉降－時(shí)間變化曲線如圖4。

第二階段(盾構(gòu)正常掘進(jìn)階段):盾構(gòu)正常掘進(jìn)階段施工中，對(duì)地表沉降點(diǎn)DBC16、DBC17、DBC18、DBC35斷面的各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)據(jù)整理，其沉降－時(shí)間變化曲線如圖5。

第三階段(盾構(gòu)接收階段):盾構(gòu)接收階段施工中，對(duì)地表沉降點(diǎn)DBC43、DBC44斷面的各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)據(jù)整理，其沉降－時(shí)間變化曲線如圖6。

根據(jù)盾構(gòu)施工三個(gè)階段的地表沉降－時(shí)間變化曲線圖可以看出，盾構(gòu)施工中即便采取各項(xiàng)控制沉降的施工措施，但是必然會(huì)引起地表沉降，盾構(gòu)始發(fā)階段沉降*大，其次是盾構(gòu)接收階段，沉降*小的是盾構(gòu)正常掘進(jìn)階段。

4結(jié)論

本論文以天津的水文地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，結(jié)合天津地鐵6號(hào)線一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構(gòu)區(qū)間工程實(shí)際，對(duì)盾構(gòu)法施工引起的周邊地表沉降進(jìn)行了沉降規(guī)律的研究。對(duì)一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構(gòu)區(qū)間的沉降觀測(cè)結(jié)果中各種現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并與理論計(jì)算相對(duì)比，課題得出以下主要結(jié)論:①對(duì)天津地鐵6號(hào)線一中心醫(yī)院站～紅旗南路站盾構(gòu)區(qū)間工程實(shí)施為期240余天的地表沉降變形觀測(cè)，得到:地表*大沉降量為20.55mm。各點(diǎn)沉降均在規(guī)范允許變形范圍內(nèi)，盾構(gòu)區(qū)間周邊地表沒(méi)有發(fā)生過(guò)大變形和沉降。證明該工程采用的盾構(gòu)機(jī)型號(hào)、端頭加固方案、盾構(gòu)接收方案以及盾構(gòu)掘進(jìn)中的各項(xiàng)參數(shù)控制是有效的，其成果對(duì)地鐵施工有重要指導(dǎo)意義;②在粉砂和砂質(zhì)粉土地層中掘進(jìn)地表沉降控制采取的措施:確定出土量，通過(guò)試驗(yàn)段確定粉砂和粉質(zhì)粘土的松散系數(shù)，避免超挖;注漿量控制，確保管片四周由漿液填充密實(shí);注重渣土改良，通過(guò)該地層掘進(jìn)發(fā)現(xiàn)在該地層中掘進(jìn)時(shí)，會(huì)有噴砂現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)多注重渣土的改良，試驗(yàn)證明泡沫和鈉基膨潤(rùn)土單獨(dú)或者混合使用有很好的*;③天津地區(qū)盾構(gòu)施工減少周邊地表產(chǎn)生沉降的措施:保證盾構(gòu)始發(fā)接收段端頭井地基加固質(zhì)量;根據(jù)天津地區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)合理控制盾構(gòu)機(jī)刀盤和開口率;粉砂和砂質(zhì)粉土掘進(jìn)中控制好土壓、注漿量的同時(shí)，注重渣土改良能夠很好的控制地表沉降;加強(qiáng)盾構(gòu)施工各項(xiàng)簡(jiǎn)冊(cè)控制，形成網(wǎng)絡(luò)式的監(jiān)控量測(cè)處理系統(tǒng)，執(zhí)行監(jiān)測(cè)指導(dǎo)施工的原則。