1、盾構法施工地表沉降及其控制1 前言 在如今日益繁雜的情形下修建地鐵，對施工工藝要求較嚴 格，而盾構法以其特有的機械化、 智能化的操作方式很快得到了 廣泛的推廣及應用， 并取得了斐然的成績， 但是以盾構正上方為 中心的地表沉降仍不能夠得到完全的控制， 一旦沉降達到一定的 限值就會影響到地面建筑物及其它相關設施的安全使用， 嚴重時 可導致建筑物傾斜甚至倒塌。 所以目前就如何控制地表沉降成為 了盾構施工人員非常關心的問題之一。2 盾構法地鐵區間隧道建設一般都采用盾構法施工， 盾構法施工是在 鬧市區和水底的軟弱地層中修建地下工程較好的施工方法之一。 盾構法施工是以盾構機為隧道掘進設備 , 以盾構機的盾

2、殼作支 護, 用前端刀盤切削土體 , 由千斤頂頂推盾構機前進 , 以開挖面 上拼裝預制好的管片作襯砌 , 從而形成隧道的施工方法。3地表沉降的階段劃分目前較為常見的是把沉降劃分為 5 個階段，如果在施工時能 夠選擇合適的盾構形式， 進行合理的掘進管理， 各個階段的變形 均可以控制在最小限度內。3.1 前期沉降盾構向前推進時， 當盾構開挖面尚未到達測點以前 （距開挖 面還有幾十米，通常為大于2.5D, D為隧道直徑)的沉降或隆起， 它主要是因泥水壓力的波動而引起。 當開挖面泥水艙的泥水壓力 偏低時，造成盾構開挖面應力釋放，從而引起地表沉降，當開挖 面泥水艙內泥水壓力偏高時， 使開挖面土體受擠壓，

3、 從而引起地 表隆起。3.2 開挖前的沉降自開挖面距觀測點約幾米 (0-2.5 D) 時起，直至開挖面位于 觀測點正下方之間所產生的隆起或沉降現象， 多由于開挖面的崩 塌、盾構機的推力過大等所引起的開挖面土壓力失衡所致， 是由 土體應力釋放或盾構開挖面的反向土壓力、 盾構機周圍的摩擦力 等的作用而產生的地基塑性變形。3.3 盾構通過時引起的沉降盾構繼續向前推進， 當盾構切口達到測點起至盾尾離開測點 期間發生的地表沉降或隆起。 在這期間地表變形主要是由盾殼向 前移動過程中盾殼對地層的摩擦和剪切作用所引起。 盾構外殼表 面在施工過程中被粘附上一層粘土或漿液， 使盾構殼體外周尺寸 實際增大，從而增大

4、了盾構建筑空隙面積，亦增加地表變形。3.4 盾尾間隙沉降盾構繼續推進， 盾尾通過測點后產生的地表沉降， 是盾尾空 隙的土體應力釋放所引起的彈塑性變形。 由于盾構掘進機的外徑 大于管片外徑， 盾尾通過測點后， 在地層中遺留下來的建筑空隙 就需及時壁后注漿充填， 以控制地表變形。 但是往往因盾尾壁后 注漿沒有能夠及時充填建筑空隙，或是注漿量、注漿壓力、注漿 部位、漿液配比和材料方面不適當， 使建筑空隙中的漿液不能及 時形成環箍， 盾尾脫出后， 無支撐能力的軟土在不能自立的情況 下就很快自行充填人建筑空隙，造成土層應力釋放。4 地表沉降的原因 盾構施工中引起的地層損失和盾構隧道周圍受擾動或受剪 切破

5、壞的重塑土的再固結 , 是地面沉降的基本原因。4.1 地層損失 地層損失是盾構施工中實際開挖土體體積與竣工隧道體積 之差。周圍土體在彌補地層損失中發生地層移動 , 引起地面沉 降。4.2 受擾動土體的重新固結盾構推進中孔隙水壓變化、 土體擾動后重新固結、 管片滲漏 水、壓漿材料凝固收縮等引起土體固結沉降。 由于盾構推進中的 擠壓作用和盾尾壓漿作用等因素， 使周圍地層形成正值的超孔隙 水壓區，其超孔隙水壓在盾構隧道施工后的一段時間內消散復 原，在此過程中地層發生排水固結變形，引起地表沉降。地層因 有效應力的增加而引起的地表沉降， 稱之為主固結沉降。 土體受 到擾動后， 土體骨架還會發生持續很長時

6、間的壓縮變形。 在此土 體蠕變過程中產生的地表沉降為次固結沉降。 在孔隙比和靈敏度 較大的軟塑和流塑性土層中，次固結沉降往往要持續幾年以上， 所占總沉降量的比例可高達 35%以上。5 地表沉降影響因素5.1 地基模量的影響。土的物理力學性質對地面沉降的影響很大， 隨著土層模量的 增加，地面沉降逐漸減小。若地層為軟弱粘土，其后期的沉降可 能會很大。 隧道穿越不同土質時地面可能產生不均勻沉降， 這對 周圍建筑環境有不良影響。5.2 盾構外徑和埋深的影響 在盾構上方覆土深度相同的情況下， 地面沉降隨著盾構機直 徑的增大而增大， 呈現一種線性關系。 主要是因為在上方覆土深 度相同時地面沉降槽的寬度不變

7、 , 盾構機外徑越大相應的引起的 地層損失也就越大 , 在地面沉降槽寬度不變的情況下地面的最大 沉降就會越大。 在盾構機直徑不變的情況下， 上方覆土深度越大， 地面沉降槽寬度也就越大， 在相同地層損失的情況下， 地面最大 沉降也就越小。5.3 掘進過程中土倉壓力的影響 土壓平衡盾構在掘進過程中由于開挖量和排土量不等的原 因，導致開挖面水壓力、 土壓力與壓力倉壓力不平衡而致使開挖 面失去平衡 , 當開挖面壓力小于壓力艙壓力時會引起地面下沉， 而大于壓力倉壓力時則會引起地面的隆起。 這是由于開挖時的應 力釋放、附加應力等引起的彈塑性變形造成的。6 控制地表沉降的措施6.1 掘進模式的選擇地層條件不

8、一樣， 選擇的掘進模式也就不一樣。 為了使盾構 機的應用更加廣泛， 一臺盾構機可以通過自身的轉換能實現土壓 平衡、半敞開式、敞開式三種模式。不同模式對應的施工參數也 不一樣，而地質條件千變萬化，如果模式選擇不恰當，勢必會產 生很大的地表沉降。本區間根據地質條件選用土壓平衡模式掘 進。6.2 襯砌接縫防水 接縫漏水使隧道周圍地層孔隙水流失，土體有效應力增加， 引起地層再壓縮固結， 從而引起地表沉降。 襯砌接縫防水包括管 片間的彈性密封墊防水、 隧道內內側相鄰管片間的嵌縫防水以及 必要時向接縫內注漿等。其中彈性密封墊防水最重要也最可靠， 是接縫防水的重點。 采用多孔型三元乙丙彈性橡膠止水條， 在千 斤頂推力和螺栓擰緊力的作用下， 使得管片間的三元乙丙彈性橡 膠止水條的縫隙被壓縮來起防水的作用。6.3 盾尾同步注漿的影響由于施工需要 ,所以盾構機直徑要大于襯砌環的直徑 , 這樣就會存在一個“建筑空隙”，如果不能及時填充， 就會引起周圍土體的塌落而引起地面沉降, 所以要通過同步注漿的方法來減小由盾尾空隙引起的地層損失，從而減小地面沉降。 同步注漿是影響地面沉降的主要因素之一，它跟注漿壓力、 注漿時機、 注漿量、漿液配比等情況密切相關