1K413035　盾构法施工地层变形控制措施

　　一、近接施工与近接施工管理

　　(1)新建盾构隧道穿越或邻近既有地下管线、交通设施、建(构)筑物(以下简称既有结构物)的施工被称为近接施工。

　　在城市中近接施工不可避免，且随着地下空间的开发利用会日益增多。因此，盾构施工必须考虑控制影响区域的地层变形，采取有效的既有结构物保护措施。

　　(2)近接施工管理：

　　1)盾构近接施工会引发地层变形，对既有结构物会造成不同程度的有害影响;因此有必要采取系统性措施控制地层变形以保护既有结构物。首先，应详细调查工程条件、地质条件、环境条件(即既有结构物现况与安全要求)，在调查的基础上进行分析与预测、制定防护措施;其次，制定专项施工方案;最后，施工过程中通过监控量测反馈指导施工而确保既有结构物安全。

　　二、地层变形与既有结构物变位与变形

　　(一)地层变形原因和阶段

　　(1)盾构掘进时，引起地层变形的主要原因大致有以下几个：

　　1)开挖面的土、水压力与盾构压力仓压力不均衡，引起前方地表沉降或隆起。

　　2)由于盾壳摩擦和曲线推进及纠偏对围岩产生扰动，引起地层沉降或隆起。

　　3)壁后同步注浆不及时或不充分，导致盾尾空隙的发生，引起地层沉降。

　　4)由于接头螺栓紧固不足等原因引起一次衬砌的变形及变位，从而增大地层下沉。

　　5)开挖或衬砌渗漏导致地下水位下降，引起地层固结沉降。

　　三、盾构掘进地层变形控制措施

　　由于盾构掘进引起地层变形的原因不同，各阶段的机理也不相同，因此必须有针对性地采取控制措施。

　　(1)防止开挖面的土水压力不均衡引起变形的措施：

　　土压平衡盾构可通过调整推进速度与螺旋出土器的转速，使压力舱压力与开挖面土水压力相对应。另外，根据需要注入适当的添加剂增加开挖土体的塑流性。

　　泥水加压盾构可根据开挖面土层的透水性来调整泥浆特性，并仔细进行泥浆管理，使压力舱压力始终对应于开挖面的土水压力。实施这些开挖面稳定管理的同时，还应根据需要研究相应的辅助施工方法以保证围岩的稳定。

　　(2)减小盾构穿越过程中围岩变形的措施：控制好盾构姿态，避免不必要的纠偏作业。出现偏差时，应本着“勤纠、少纠、适度”的原则操作。纠偏时或曲线掘进时需要超挖，应合理确定超挖半径与超挖范围，尽可能减少超挖。土压平衡盾构在软弱或松散地层掘进时，盾构外周与周围土体的黏滞阻力或摩擦力较大时，应采取减阻措施。

　　(3)减小盾尾脱出导致地层变形的措施：用同步注浆方式，及时填充尾部空隙;根据地质条件、工程条件等因素，合理选择单液注浆或双液注浆，正确选用注浆材料与配合比，以便及时稳定住拼装好的衬砌结构;加强注浆量与注浆压力控制;及时进行二次注浆。

　　(4)防止衬砌引起变形的措施：为了防止管片环变形，必须使用形状保持装置等来确保管片组装精度，同时充分紧固接头螺栓。

　　(5)防止开挖或衬砌渗漏导致地下水位下降的措施：为了防止从管片接头、壁后注浆孔等部位漏水，必须精细地进行管片组装及防水作业。

　　四、地层变形的预测和施工监测

　　(1)为了减少地层变形，推进前应根据过去的施工经验和有限单元法等进行预测，以预测结果为依据设定土仓压力或泥水仓压力管理基准值。同时，在推进时，要在隧道中心线上及其两侧范围内设定变形监测点，根据变形监测结果适时地调整管理基准值。这­一过程在盾构掘进施工管理中是很重要的。

　　(2)地面和隧道内监测点宜在同一断面布设;盾构通过后，处于同一断面内的监测数据应同步采集，并应收集同期盾构掘进参数。

　　(3)施工监测项目应符合表1K413035的规定。当穿越水域、建(构)筑物及其他有特殊要求地段时，应根据设计要求确定。

　　(4)竖向位移监测可采用水准测量方法，水准基点应埋设在变形影响范围外，且不得少于3 个;水平位移监测可采用边角测量或卫星定位等方法，并应建立水平位移监测控制网，水平位移监测控制点宜采用具有强制对中装置的观测墩和照准装置;当采用物理传感器监测时，传感器埋设应符合仪器埋设规定和监测方案的规定;当竖向位移监测采用静力水准测量方法时，静力水准的埋设、连接、观测、数据处理等应符合国家现行相关标准要求，测量精度应与水准测量要求相同。

　　【案例1K413035】

　　1.背景

　　某地铁隧道盾构法施工，隧道穿越土层有黏土、粉土、细砂、小粒径砂卵石、含有上层滞水，覆土厚度8~14m，采用土压平衡盾构施工。施工项目部依据施工组织设计在具备始发条件后开始隧道施工，掘进过程中始终按施工组织设计规定的各项施工参数执行。

　　施工过程中发生以下事件：

　　事件一：拆除始发工作井洞口围护结构后发现洞口土体渗水，洞口土体加固段掘进时地表沉降超过允许值。

　　事件二：在细砂、砂卵石地层中掘进时，土压计显示开挖面土压波动较大;从螺旋输送机排出的土砂坍落度较低。

　　【问题】

　　(1)施工项目部依据施工组织设计开始隧道施工是否正确?如不正确，写出正确做法。

　　(2)掘进过程中始终按施工组织设计规定的各项施工参数执行是否正确?如不正确，写出正确做法。

　　(3)分析事件一发生的主要原因以及正确的做法。

　　(4)分析事件二发生的主要原因以及应采取的对策。

　　【参考答案】

　　(1)不正确。根据住房和城乡建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》(建质[2009]87号)的规定，盾构工程属于危险性较大的分部分项工程，开工前施工单位必须编制专项施工方案，并应组织专家对专项方案进行论证。

　　(2)不正确。首先，在初始掘进过程中应根据收集的盾构掘进数据(推力、刀盘扭矩等)及地层变形量测量数据，判断土压(泥水压)、注浆量、注浆压力等设定值是否适当，及时进行调整，并通过测量盾构与衬砌的位置，及早把握盾构掘进方向控制特性，为正常掘进控制提供依据。其次，由于掘进过程中地层条件、覆土厚度等差异很大，应根据实际情况适时调整施工参数。最后，根据反馈的监控量测数据及时调整相关的施工参数。

　　(3)事件一发生的主要原因是洞口土体加固效果不满足要求。正确做法是：

　　1)根据地质条件、地下水位、盾构种类与外形尺寸、覆土深度及施工环境条件等，明确加固目的后，合理确定加固方法与加固范围;本案例的加固目的，既要加固又应止水。

　　2)拆除洞口围护结构前要确认洞口土体加固效果，必要时进行补注浆加固。

　　(4)事件二发生的主要原因是塑流化改良效果欠佳。应采取的对策主要有：

　　1)选择适宜的改良材料，并适当提高添加比例。

　　2)开挖面土压波动大的情况下，开挖面一般不稳定，此时应加强出土量管理。