王 鵬 劉玉勇 姚曉明

(中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 611731)

富水砂卵石地層盾構(gòu)始發(fā)引起地面沉降變形分析

王 鵬 劉玉勇 姚曉明

(中鐵西南科學(xué)研究院有限公司，四川 成都 611731)

始發(fā)作為盾構(gòu)工法的關(guān)鍵工序，處理不當(dāng)會直接關(guān)系到周邊建筑及施工的安全，始發(fā)階段施工的成敗將直接影響到工程的質(zhì)量、進(jìn)度、安全以及經(jīng)濟效益。通過分析三個盾構(gòu)區(qū)間始發(fā)階段施工引起地面沉降的實測數(shù)據(jù)，研究了不同階段的地面沉降過程及其分布規(guī)律，得出了相關(guān)結(jié)論和建議，可供類似地層盾構(gòu)始發(fā)階段安全施工參考。

土壓盾構(gòu)，始發(fā)階段，地面沉降，安全施工

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市人口的急劇增加，地面交通越來越不堪重負(fù)，于是人們把目光投向綠色環(huán)保、方便快捷的城市軌道交通——地鐵和輕軌。地鐵施工技術(shù)也在朝著科技、人性化的方向發(fā)展，盾構(gòu)法越來越多地被國內(nèi)地鐵界所接受，目前我國各大城市修建地鐵都在采用這種方法施工。

同其他施工方法一樣，由施工引起的地面沉降是盾構(gòu)法施工的一個重要問題，尤其是始發(fā)階段的地面沉降，盡管圍繞這一問題目前已做了不少的研究工作，但由于地質(zhì)條件的復(fù)雜多變及施工條件的不同，使得各個研究成果都具一定的局限性。

本文以成都富水砂卵石地層三個土壓盾構(gòu)區(qū)間(三臺盾構(gòu)機)始發(fā)階段施工為工程背景，分析盾構(gòu)施工中引起地表的沉降及其形成原因，通過對實測數(shù)據(jù)分析研究，為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

2 監(jiān)測情況及分析

成都地鐵某三個盾構(gòu)區(qū)間的三臺盾構(gòu)機分別為5號、7號、10號，根據(jù)地表沉降的監(jiān)測情況，沉降最大累計值均發(fā)生在盾構(gòu)區(qū)間中線位置，5號、7號、10號盾構(gòu)機的中線地表沉降監(jiān)測情況分析如下。

2.1 5號盾構(gòu)機

盾構(gòu)區(qū)間左線長878.324 m，里程ZDK19+954.50～ZDK20+816.800；右線長862.299 m，里程YDK19+954.50～YDK20+816.799。盾構(gòu)穿越地段的地質(zhì)基本為密實砂卵石(②-9-3,③-8-3)地層，埋深在9.7 m～15.5 m之間。

1)第一階段(磨合期)。始發(fā)至里程DBZ20+028階段(73 m)，典型時態(tài)曲線見圖1(2014年～2015年)。

a.個別監(jiān)測數(shù)據(jù)累計值超出30 mm(測點DBZ19980)，大部分在30 mm以內(nèi)；b.監(jiān)測數(shù)據(jù)累計值之間相差較大，主要原因是此階段屬于盾構(gòu)始發(fā)磨合階段，走走停停，針對不同位置的變形情況進(jìn)行了注漿處理。

2)第二階段(調(diào)整期)。里程ZDK20+028～ZDK20+128(100 m)，典型時態(tài)曲線見圖2。

a.個別監(jiān)測數(shù)據(jù)累計值超出30 mm(測點DBZ20098，DBZ20103)，大部分在30 mm以內(nèi)；b.數(shù)據(jù)突變階段主要發(fā)生在盾尾脫出后24 h，因此刀盤切入～盾尾脫出后24 h這段時間是施工和監(jiān)測工作的重中之重；c.這段為盾構(gòu)磨合調(diào)整階段，整體監(jiān)測數(shù)據(jù)累計值均較大，單日變形量超限大部分位于盾尾脫出后，通過注漿、調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，后續(xù)速率變小，沉降累計時態(tài)曲線較符合沉降變形規(guī)律；d.通過及時的數(shù)據(jù)異常提示和施工對比分析，施工單位采取及時的處理措施，根據(jù)后續(xù)的數(shù)據(jù)曲線變化情況，可以實現(xiàn)信息化施工，降低地面塌坑風(fēng)險。

3)第三階段(預(yù)注漿加固地段)。里程ZDK20+125～ZDK20+225(100 m)，典型時態(tài)曲線見圖3。

此段施工單位提前采取了地表預(yù)加固處理措施，盾構(gòu)正通過加固區(qū)，地表沉降累計值均小于上一階段，但后續(xù)沉降并未趨于穩(wěn)定，盾尾脫出后的沉降突變階段不明顯，但沉降穩(wěn)定時間較長，并不排除地下存在空洞的情況。

4)現(xiàn)階段(正常路段)。里程ZDK20+228～ZDK20+430(202 m)，典型時態(tài)曲線見圖4。

此階段盾構(gòu)已過了加固區(qū)，正常路段掘進(jìn)，地表沉降累計值較小，沉降趨于穩(wěn)定時間較短。

2.2 7號盾構(gòu)機

盾構(gòu)區(qū)間左線長1 165.243 m，里程ZDK22+074.200～ZDK23+245.125；右線長1 170.925 m，里程YDK22+074.200～YDK23+245.125。盾構(gòu)穿越地段的地質(zhì)基本為中密和密實砂卵石②-9-2,②-9-3,③-8-3地層，埋深14 m～20 m左右。

1)第一階段(始發(fā)至停機換刀)。

里程DK22+077～DK22+155(78 m)，典型時態(tài)曲線見圖5。

a.累計值均未超出30 mm；b.數(shù)據(jù)突變階段主要發(fā)生在刀盤切入～盾尾脫出后24 h，沉降值占累計值60%左右甚至更大，因此刀盤切入～盾尾脫出后24 h這段時間是施工和監(jiān)測工作的重中之重;c.從目前監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，從刀盤切入～盾尾脫出的變量大部分超過5 mm；盡管盾尾脫出后沉降變量較大，在及時注漿(個別存在空洞回填混凝土)的情況下，后續(xù)沉降曲線趨于穩(wěn)定(個別有隆起現(xiàn)象)。

2)第二階段(停機換刀至里程ZDK22+410)。里程DK22+155～DK22+410，典型時態(tài)曲線見圖6。

這段為停機換刀后重新掘進(jìn)至里程ZDK22+410的位置，這段的累計值明顯要小于上一階段，截止到目前累計值10 mm左右，從刀盤切入～盾尾脫出的變量大部分小于5 mm。

3)現(xiàn)階段(里程ZDK22+410～ZDK22+675)。里程DK22+410～DK22+675，典型時態(tài)曲線見圖7(2015年)。

a.大部分測點累計值均未超出30 mm；b.盾構(gòu)停機后重新掘進(jìn)，地層再次擾動以及多出土導(dǎo)致部分綠化帶內(nèi)的測點(DBZ22415，DBZ22420，DBZ22520，DBZ22610)累計值較大，經(jīng)過洞內(nèi)外注漿處理，后續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)較穩(wěn)定。

2.3 10號盾構(gòu)機

盾構(gòu)區(qū)間左線長2 133.178 m，里程ZDK24+988.200～ZDK27+147.500；右線長2 129.370 m，里程YDK24+988.200～YDK27+147.500。盾構(gòu)穿越地段的地質(zhì)基本為密實卵石土②-9-3,③-8-3地層，埋深8.8 m～20 m左右。

1)第一階段(始發(fā)至盾構(gòu)刀盤被卡前)。里程YDK24+988～YDK25+180(192 m)，典型時態(tài)曲線見圖8。累計值均小于30 mm(除了DBY25120)，盾尾脫出后沉降變量較大，在及時注漿的情況下，后續(xù)沉降曲線趨于穩(wěn)定。2)第二階段(盾構(gòu)刀盤被卡后至里程YCK25+305)。里程YDK25+180～YDK25+305(192 m)，典型時態(tài)曲線見圖9。a.受兩次脫困影響，部分測點累計沉降值很大并發(fā)生地面塌陷情況；b.施工方采取回填混凝土、開倉檢查和加設(shè)降水井等措施，脫困成功后，后續(xù)監(jiān)測累計值較小。

2.4 5號和7號盾構(gòu)監(jiān)測對比分析

1)第一階段。a.均為始發(fā)磨合階段(73 m和78 m)；b.5號盾構(gòu)的第一階段個別測點累計值超30 mm(測點DBZ19980，-41.64 mm)，其余在30 mm以內(nèi)；7號盾構(gòu)的第一階段累計值均在30 mm以內(nèi)；c.5號盾構(gòu)的第一階段和7號盾構(gòu)的第一階段的盾尾脫出后單次變形量均較大，部分超出5 mm。

2)5號盾構(gòu)第二階段、第三階段和7號盾構(gòu)的第二階段。a.均為調(diào)整階段；b.5號盾構(gòu)的第二階段累計值較大，部分超出30 mm，第三階段通過加固段后，累計值變小，均未超出20 mm；7號盾構(gòu)的第二階段累計值較小，均未超出20 mm；c.5號盾構(gòu)的第二階段盾尾脫出后部分單次變形量超出5 mm；7號盾構(gòu)的第二階段盾尾脫出后大部分單次變形量小于5 mm。

3)現(xiàn)階段。a.均為在正常路段掘進(jìn)；b.5號盾構(gòu)現(xiàn)階段的地表沉降累計值較小，均未超出20 mm，沉降趨于穩(wěn)定時間較短；7號盾構(gòu)現(xiàn)階段受重新掘進(jìn)、地層再次擾動以及多出土的影響，個別測點超出30 mm。

3 結(jié)論及建議

根據(jù)5號、7號、10號盾構(gòu)機監(jiān)測情況和幾個階段監(jiān)測分析，結(jié)合典型數(shù)據(jù)曲線和對比分析，有幾點結(jié)論和建議供參考。

1)盾構(gòu)穿越中密至密實砂卵石層，截止到目前的大部分沉降累計值均未超過30 mm，其中累計值較大階段均發(fā)生在始發(fā)、停機換刀、刀盤被卡、多出渣和盾尾脫出等階段，并存在預(yù)警和多次的數(shù)據(jù)異常提醒，這一階段也進(jìn)行了不同程度的回填和注漿處理，后續(xù)數(shù)據(jù)變形較小(反之若處理不及時，累計值有可能超出30 mm并存在路面坍塌的風(fēng)險)。建議在這種地層和埋深下，累計控制值30 mm、預(yù)警值20 mm較可行。

2)數(shù)據(jù)突變階段主要發(fā)生在刀盤切入～盾尾脫出后24 h這段時間，單次變形量大部分超出5 mm，部分掘進(jìn)參數(shù)正常和施工措施得當(dāng)時單次變形量小于5 mm(如7號盾構(gòu)的第二階段盾尾脫出)，建議盾尾脫出后第一次單變量控制在5 mm～8 mm，加密監(jiān)測后第二次單變量控制在5 mm以內(nèi)，因此這段時間是施工和監(jiān)測工作的重中之重。

3)盾構(gòu)掘進(jìn)過程中影響安全的因素較復(fù)雜，既有盾構(gòu)掘進(jìn)過程中參數(shù)的控制和跟蹤配套措施的影響，又有外部地層各種不確定性因素(包括地下水、空洞、管線等)的影響，尤其是成都這種富水砂卵石地層的密實程度和塊體大小不均情況，因此監(jiān)控量測作為信息化施工手段，通過參考監(jiān)測控制值發(fā)出提示和預(yù)警，加強后續(xù)的監(jiān)測和巡視工作，更需要各方加強溝通和配合，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)和施工情況的綜合分析，把施工的安全風(fēng)險降到最低。

[1] 王建宇.隧道工程監(jiān)測和信息化設(shè)計原理[M].北京：中國鐵道出版社，1990.

[2] 王建宇.隧道工程的技術(shù)進(jìn)步[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[3] 金 淮.城市軌道交通工程監(jiān)測理論與技術(shù)實踐[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[4] 張慶賀.地鐵與輕軌[M].北京：人民交通出版社，2006.

[5] GB 50446—2008，盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范[S].

[6] 馮 劍.富水砂卵石地層盾構(gòu)施工引起空洞的機理及對策研究[D].成都：西南交通大學(xué)碩士論文，2010.

[7] 富水砂卵石地層地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工管理規(guī)程[S].

Sandy pebble watery stratum shield originating cause land subsidence deformation is analysed

Wang Peng Liu Yuyong Yao Xiaoming

(SouthwestResearchInstituteofChinaRailwayEngineeringCompanyLimited,Chengdu611731,China)

Originating as the key working procedure of shield method, improper handling will be directly related to the surrounding buildings and the safety of construction, initial stage construction success or failure will directly affect the project quality, progress, safety and economic benefits. By analyzing the three stages of shield interval starting construction land subsidence caused by the measured data, studied the various stages of the ground subsidence process and its distribution, it is concluded that the relevant conclusions and recommendations, to provide a reference for the similar strata shield initial stage construction.

earth pressure shield, initial stage, the surface subsidence, safe construction

2015-04-07

王 鵬(1989- )，男，助理工程師； 劉玉勇(1980- )，男，高級工程師； 姚曉明(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)17-0173-03

U457.2

A