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摘要：本文围绕盾构法隧道引起地面沉降这一问题进行了探讨。先对盾构施工的原理和关键因素进行了阐述，对盾构隧道的地面沉降这一问题给出一个定性的解释；围绕引起沉降的机理，对盾构隧道地面沉降的主要影响因素进行了总结，最后简单介绍盾构隧道沉降控制措施和控制原则，为盾构隧道施工提供有益的参考。
关键词：盾构隧道；沉降控制
1盾构隧道引起地面沉降的机理分析
1.1盾构施工的原理
1.1.1开挖面的稳定
开挖面稳定在盾构施工中是至关重要的。在泥水盾构中，形成弱透水的泥膜、控制泥水压力是两大关键问题；在土压平衡盾构中，使切削下的土体具有塑流性并在土仓内充满，用螺旋输送机来排土，通过控制千斤顶的推力和螺旋输送机的排土量来稳定开挖面。
1.1.2盾构推进与衬砌拼装
盾构推力是盾构施工中的重要参数，需要严格控制，如果推力过小，可能会引起开挖面的失稳，推理过大，肯定会造成土体隆起。盾构的千斤顶在推进一环后就会收缩回来，完成拼装衬砌。
1.1.3壁后注浆
盾壳外径大于管片外径，盾构施工在几何上存在建筑空隙，如果不做处理会加剧土体的扰动。所以在盾构机上设置注浆系统，盾壳脱离管片后，在管片壁后注浆填充建筑空隙。
1.2地面沉降的影响因素
盾构施工过程造成地面沉降的影响因素可归纳为：隧道埋深；开挖断面形状和尺寸、土层条件、地表下富含的地下水、开挖面土体的侧压力系数、受扰动的土体发生固结、开挖面土体发生移动、盾构机的暂停推进或后退、盾尾后边的土体压入盾尾空隙、盾壳的移动对土层产生摩擦和剪切。
1.3盾构施工引起的地层变形特征
虽然盾构法与浅埋暗挖施工存在较大的差异，但是针对引发的地层变形来看，国外通过大量的理论分析和实际的资料分析表示，其区别也不是很大。从隧道的横断面来看，图1表示的地表沉降特征曲线，并且在大部分情况下，第二条隧道引发的地表沉降要大于第一条隧道。针对单条隧道而言，沉降槽曲线似正态分布曲线，peck算式也是典型的沉降计算代表，两条隧道的沉降曲线就是单线的相互叠加，但是就最大沉降值而言，盾构隧道施工要小于暗挖法。
2施工过程控制
某铁路延伸线解放路盾构隧道采用单洞双线，总长度为2248.5m。盾构外径为11.97m，盾体长度为12m，整机长度为65m，隧道外径11.6m，内径10.6m，管片厚度为0.5m。沿线最小覆土厚度约为7.5m，最大覆土厚度为15.6m。工程所处地区为冲海积平原，地层以淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土为主，土质不匀，成分复杂，具有技术难度大、安全风险高、工期要求紧等特点。
2.1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。
2.2盾构参数控制
2.2.1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：负环管片脱出盾尾后，需进行加固；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；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。
2.2.2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；推进速度，宜控制在1～2cm/min之间，并根据各种因素合理调整推进速度；盾构轴线误差及地表沉降量要求，轴线误差不得大于50mm。地面沉降量控制在+10mm～－30mm。对于特殊部位，则根据保护要求适当提高沉降控制标准。
2.3同步注浆
盾构推进中的同步注浆是充填土体与管片圆环间的建筑间隙和减少后期变形的主要手段，也是盾构推进施工中的一道重要工序。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。
2.4二次注浆
在每台盾构机最后一节车架后面配备2.5*1m平板车，放置一台注浆机、一套搅拌系统，保障盾尾以后车架范围内的所有管片都能随时实现间歇注浆或二次注浆。根据实际情况进行加密补压浆。对管片的建筑空隙二次注浆一般为每隔5环注浆一次。浆液为可硬性浆液，特殊重要区域二次注浆可采用双液浆，为水泥浆和水玻璃的混合浆液。压浆时必须指派专人负责，对压入位置、压入量、压力值均作详细记录，并根据地层变形监测信息及时调整，确保压浆工序的施工质量。此外，还需根据后期沉降的情况进行适当的补压浆。
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。
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论文作者:郑晓锋
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：盾构论文; 隧道论文; 管片论文; 浆液论文; 地面论文; 注浆论文; 地表论文; 《防护工程》2017年第16期论文;