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摘要：近年来，随着我国交通事业的而不断发展，对于道路建设施工的奇偶数也是逐渐的完善。国内各大中型城市地铁施工规模日趋增大，由于地铁盾构施工绝大数是在城市繁华地段进行掘进，地铁盾构法施工势必会对周边建（构）筑物产生沉降影响。因此，对于盾构法施工对周边建（构）筑物沉降的影响分析至关重要。本文针对盾构区间施工对地表沉降影响进行监测分析，应用隧道沉降量测控制网进行观测，采集盾构法施工隧道的地表沉降数据。通过沉降数据的统计和分析，结合盾构各阶段施工参数控制，分析得出盾构法隧道地表沉降控制要点。
关键词：盾构隧道施工；地面沉降机理；控制措施
引言
目前，在交通工程领域，人们开始把眼光指向地下，因此，道路地下工程的研究问题成为工程师关注的焦点。为解决城市交通问题，地铁因其运量大、效率高，在人们的日常生活中起着不可替代的作用，特别是在一些人口密集的城市，地铁等地下交通通道可以很好的解决城市交通拥堵问题。在城市地铁建设中，目前城市地下交通区间暗挖险道修建的主要施工方法为盾构工法。但是，因为施工位置在岩石土体内部，所以，在开挖过程中难免会破坏原有的平衡状态，导致地表变形和沉降的问题出现。为了避免地表沉降影响到周围的建筑物，就需要对地表沉降规律进行认真的分析，从而得到具体的控制方法。
1盾构隧道引起地面沉降的机理分析
1.1盾构施工引起的地面沉降
盾构施工引起的地层损失和经扰动后的土颗粒再固结是形成地层沉降的主要因素。根据盾构开挖工序，可将盾构掘进引发的地层沉降分为3个阶段。第一阶段沉降发生在开挖面前，盾构主要控制参数为排土量、盾构掘进速度以及正面土舱压力。土舱压力应与开挖面上的土压力保持平衡，以防止前方土体产生沉降。第二阶段沉降发生于开挖面到盾尾部分，盾构掘进方向的改变、仰头推进、盾尾纠偏、曲线推进都会使隧道与盾构机之间出现超挖间隙。第三阶段出现在盾构尾部以及其后部，盾构壳体的钢材厚度叠加壳体内径与管片外径留下的空隙构成建筑空隙。盾尾注浆能够填充建筑空隙，减少地层沉降，其控制参数主要包括注浆压力、注浆浆液量以及注浆的及时性。
1.2加固区控制
施工过程中全程监控加固桩质量，始发前，对加固区进行了抽芯检测，检测结果：具有良好的均匀性和自立性，所取桩芯均满足 28d 无侧限抗压强度大于等于1.0MPa；渗透系数小于等于1.0 ×10 －7cm/s。为了进一步检验加固区质量，还需在洞门处进行探水，洞门内布置探孔数量为 9 个，在洞门中心及距离洞门圈 30cm 间隔 2.3m 位置开设探孔；洞门圈外部结构死角处布置探孔 4 个，孔位布置详间探孔布置，3 － 9。采用岩心钻按照确定的点位进行钻孔，钻孔深度为 3.0 米，孔径为Φ50mm。探孔开设完毕后经观察均无明水。综上，说明本次端头井加固质量良好，对进出洞门处的土体改良效果显著，证明了所选技术参数合理。
1.3研究目的
地铁隧道盾构施工由于其为地下工程、周边环境复杂、自身风险大的特点，施工中易出现地面沉降和变形的事故，其原因是盾构施工引起的地层损失和施工过程中隧道土体受扰动或者受剪切破坏的土体再固结所造成。因此，通过分析盾构法隧道施工中土地扰动及沉降机理、地表沉降的规律，参考大量文献，明确影响隧道施工地层扰动及沉降的地层相关因素，并针对影响因素制定地表沉降控制措施，减少地铁施工造成的人员伤亡和财产损失。
2盾构掘进引起地层损失的机理
由盾构施工引起的地层损失和经扰动后的土颗粒再固结是形成地层沉降的主要因素。根据盾构开挖工序，可将盾构掘进引发的地层沉降分为3个阶段。第一阶段沉降发生在开挖面前，盾构主要控制参数为排土量、盾构掘进速度以及正面土舱压力。土舱压力应与开挖面上的土压力保持平衡，以防止前方土体产生沉降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二阶段沉降发生于开挖面至盾尾部分，盾构掘进方向的改变、盾尾纠偏、仰头推进、曲线推进都会使隧道与盾构机之间出现超挖间隙。第三阶段出现在盾构尾部及其后部，盾构钢壳厚度加上钢壳内径与管片外径之间的空隙构成建筑空隙。盾尾注浆能够填充建筑空隙，减少地层沉降，其主要控制参数为注浆量、注浆压力以及注浆的及时性。
3盾构隧道施工引起的地面沉降控制措施
3.1始发阶段控制
盾构机在始发后，需要全面掌握盾构机推进过程中的参数。为此，始发后的前100m通常被作为试推进阶段。在试推进阶段，需注意设定合适的推进参数，及时采集、统计并分析推进过程中的各项技术数据，寻找地面沉降和施工参数的联系，尽快熟悉盾构机的性能，以及盾构在该施工区域的地质条件下进行掘进的操作参数设定。第一，实施100m试推进的目的：尽快熟悉盾构的机械性能以及操作方法；了解和认识本工程的地质条件，掌握土压盾构在本地区的施工特性，尽快摸索出各种参数的正确设定方法；为了掌握各种施工参数的正确设定方法，在试验段采取多种监测手段如地面沉降监测、深层沉降监测等，广泛采集信息以指导盾构施工；通过本段施工还要求通过对各种监测信息的分析，掌握盾构掘进参数和合适的同步注浆量。施工试验段时要求增加监测频率，并及时将监测数据反馈给施工技术人员进行分析，据此随时调整各参数，直至地面沉降及盾构姿态处于受控状态为止。第二，前100m试推进段的施工重点：当推进至20环时，对洞门进行注浆，防止可能的土体流失；当100m试推进结束后，隧道拥有足够的摩阻力来抵抗盾构掘进反力后，可趁施工间隙进行负环管片和盾构基座的拆除工作。同时在井底搭设作业平台铺设岔道，以及双道平行电机车轨道。
3.2盾构参数控制
第一加固区内推进：盾构在穿越加固区时，应要密切注意刀盘扭矩、螺旋机扭矩、油温、水温等参数；严格控制土压力，将始发压力设定在0.00～0.10MPa，并结合推进油压、刀盘油压等情况进行合理调整。同时结合沉降报表和其它施工参数进行分析、调整，反馈给推进班组确保始发施工安全；严格控制出土量，每环出土量控制在46.99m3～47.95m3。并通过分析调整，寻找最合理的数值；推进速度偏慢，控制在1cm/min以内。同时根据需要在盾构正前方引入发泡剂或膨润土，以改善前方的土质；对测点进行密布并提高监测频率；动态信息传递；穿越加固区注意事项：a．负环管片脱出盾尾后，需进行加固；b．千斤顶总推力控制在适当的范围内，防止后靠变形过大，推力尽量不超过1000T；c．盾构机器驶入洞圈时，需加强关注洞圈止水设备完好状态，状态不好要采取加固措施。第二，出加固区后的推进：平衡压力值的设定原则，始发段理论土压力0.152MPa；推进出土量控制，每环理论出土量47.95m3，推进出土量保证在98% ～100%之间。
3.3同步注浆和二次注浆
第一，同步注浆。盾构推进中的同步注浆是盾构掘进施工中的一道关键工序，是充填周围土体与管片之间的建筑间隙以及后期阶段减少变形的重要手段。盾构推进施工中的注浆应及时、均匀、足量的压注，确保其建筑空隙得到及时和足量的充填，并由此使地表变形和管片偏移量降低到最小，同时辅助防止管片接缝漏水。浆液设计性能要求：同步浆液应满足泵送要求，浆液的泌水率、浆液1天的强度、28天的强度均应满足设计和规范要求。为满足以上要求，本工程决定使用可硬性浆液。可硬性浆液已在很多工程中使用，其强度指标满足设计要求，在保持隧道稳定等方面具有良好的效果。此外，此浆液的体积缩小量低，地下水造成的稀释影响小，且无污染。
结语
盾构隧道施工不可避免的会对周围土体产生扰动，引起地面沉降。地面沉降的众多影响因素中，部分客观因素难以避免，但在盾构施工中应尽量减少主观因素的影响，根据控制基准值限制地表沉降，提高施工质量。
参考文献
[1]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：国建筑工业出版社，2004.
[2]黄俊，张顶立，虞辰杰.地铁隧道开挖引起地表塌陷分析[J].中国地质灾害与防治学报，2004，15（1）：65-69.
[3]周晋筑．砂砾石地层盾构施工地表沉降规律分析［J］．铁道标准设计，2009（7）：66-70．
[4]李宏安．砂-黏复合地层土压平衡盾构隧道开挖面稳定性研究［D］．北京：中国地质大学（北京），2013．
[5]冯国冠.基于某地铁盾构隧道施工地表沉降的分析研究[J].中国安全生产科学技术，2010（04）：81~84.
论文作者:徐萌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/24
标签：盾构论文; 隧道论文; 地层论文; 地表论文; 管片论文; 参数论文; 浆液论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;