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正文：

1 引言

由于受已有建筑物、構(gòu)筑物以及現(xiàn)有管道設(shè)施等的位置影響，盾構(gòu)掘進施工不得不采用小半徑曲線施工方法。在小半徑曲線施工過程中需要不斷進行糾偏，從而使隧道開挖軸線與設(shè)計軸線不至于產(chǎn)生過大偏移，這就不可避免的對周圍土體造成了較大擾動和影響，容易造成周圍土體的后期持續(xù)性沉降。特別是在軟弱低層中危害尤為嚴重。[1-3]本文以無錫地鐵吳都路站～商務(wù)中心站區(qū)間地面沉降為依托，分析了應(yīng)對軟弱土層沉降的施工控制方法，為小半徑曲線在軟弱地層中的應(yīng)用提供了工程案例和經(jīng)驗借鑒。

2 工程概況

2.1 區(qū)間線路概況

吳都路站～商務(wù)中心站區(qū)間：大體呈南北走向，區(qū)間出吳都路站后沿立德道南行，穿過和風路后下穿淳德橋，然后向東穿越地塊拐入震澤路后到達商務(wù)中心站。曲線半徑左=350m，R右=360m（施工時盾構(gòu)機姿態(tài)靠內(nèi)側(cè)30-50mm），坡度依次為-25.7‰→-5.19‰→20‰。

區(qū)間設(shè)計概況

2.2 區(qū)間地質(zhì)情況

吳都路站～商務(wù)中心站區(qū)間盾構(gòu)穿越③2粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土、④1黏質(zhì)粉土、④1A黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑥1粉質(zhì)黏土層，④1黏質(zhì)粉土、④1A黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土為微承壓水含水層,地層自穩(wěn)能力差且地下水位較高。

吳都路站～商務(wù)中心站區(qū)間地質(zhì)剖面圖

2.3 沉降情況

2018年12月14日上午11：20，吳都路站-商務(wù)中心站區(qū)間右線掘進完成至729環(huán)，盾構(gòu)機切口位于735環(huán)。施工單位監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，區(qū)間右線692-725環(huán)部分監(jiān)測點位出現(xiàn)日變量及累計變量達到報警值。區(qū)間右線692-725環(huán)平面線性為直線，設(shè)計縱坡為24‰的上坡，地表現(xiàn)狀為瀝青混凝土路面，隧道頂部埋深約12.11～12.81m。隧道穿越地層主要為④1黏質(zhì)粉土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑥1黏土；上覆土主要為①填土、③1粉質(zhì)黏土、③2粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土。

地面沉降現(xiàn)場情況

盾構(gòu)機位置縱斷面圖

地面沉降平面圖

3 主要研究地表沉降方向

盾構(gòu)施工受制于地質(zhì)、周邊環(huán)境條件的影響較大,特別是地下富含軟弱砂層及淤泥質(zhì)土層自身的穩(wěn)定性及承載力較差,且盾構(gòu)機本身自重較大,盾構(gòu)機在小曲線半徑推進過程中通過軟弱地層地面沉降控制成為的最大難題。

4 地表沉降原因分析

4.1 地表沉降的發(fā)展過程

根據(jù)盾構(gòu)推進造成的影響，可將地面沉降分為五個階段：初期沉降、開挖面沉降、尾部沉降、尾部空隙沉降和長期延續(xù)沉降。[4]

地表沉降縱向分布圖

地表沉降橫向分布圖

地基變形模型圖

1）初期沉降

盾構(gòu)機推進前方會形成土體滑裂面，在開挖面到達一定測量位置之前時產(chǎn)生于滑裂面以外的沉降就是初期沉降。這部分沉降主要是因為土體的固結(jié)沉降形成，也就是說由于盾構(gòu)施工而引起的水位下降引起。

2）開挖面沉降

盾構(gòu)機開挖面到達某一測量位置時，在其正前方位置產(chǎn)生的地面沉降為開挖面沉降。

3）尾部沉降

盾構(gòu)通過時產(chǎn)生的地面沉降叫做尾部沉降。盾殼與地層之間產(chǎn)生的摩阻力形成土體滑動面。于是在滑動面附近位置的土體產(chǎn)生剪切應(yīng)力。因此，當盾構(gòu)通過這部分土層時，土體因受到剪應(yīng)力產(chǎn)生的拉應(yīng)力而向后面的空隙移動。在盾構(gòu)推進過程中，要使盾構(gòu)與隧道軸線保持一致，那么在盾構(gòu)經(jīng)過的位置必然會壓縮一部分土體，松散一部分土體。土體的壓縮在一定程度上抑制了盾構(gòu)的偏離，而土體的松散就使地面產(chǎn)生一定的沉降。

4）尾部空隙沉降

由于施工需要，盾構(gòu)機外殼和管片襯砌之間存在“建筑間隙”，“建筑間隙”必須及時充填，否則會被其周圍土體充滿，導(dǎo)致地表沉降的形成。

5）長期延續(xù)沉降

盾構(gòu)通過后土體沉降并不會立即消失，而是會延續(xù)一段時間，也就是長期延續(xù)沉降。這是由于盾構(gòu)經(jīng)過后周圍土體受到擾動，再加上土層本身的壓縮性質(zhì)造成的。具體的延續(xù)時間和盾構(gòu)的種類、實際土層條件、施工技術(shù)等因素有關(guān)。

4.2 引起地表沉降的因素

1）主觀原因

主觀原因是指施工人員在操作過程中的施工質(zhì)量、操作水平以及工作態(tài)度等原因，在引起地表沉降的因素中占據(jù)主要位置。具體表現(xiàn)為：

①盾構(gòu)掘進造成地層損失而形成的沉降；

②盾構(gòu)嚴重超挖（欠挖）引起的地面沉降（隆起）。

③在使用盾構(gòu)機具進行推進時，推進速度、正面土壓力（土壓平衡盾構(gòu)等）、注漿壓力、盾構(gòu)總推力和刀盤扭拒、刀盤和螺旋機轉(zhuǎn)速等參數(shù)的設(shè)定不合理。

④在注漿過程中，由于同步注漿量不足或二次注漿跟進不及時而影響“建筑空隙”的充填。

⑤在盾構(gòu)姿態(tài)糾偏過程中，使隧道軸線與盾構(gòu)軸線之間產(chǎn)生偏角。所以在盾構(gòu)推進過程中不可避免的對土層產(chǎn)生擾動。

⑥盾構(gòu)機在小曲線半徑推進過程中由于受地質(zhì)和盾構(gòu)機千斤頂左右上下行程差較大影響導(dǎo)致管片盾尾間隙相差較大，管片脫出盾尾后管片產(chǎn)生嚴重錯臺變形，造成漏水及地面沉降。

⑦盾構(gòu)停止推進的較長時間內(nèi)，盾構(gòu)會因為千斤頂漏油縮回而產(chǎn)生后退，造成開挖面土體穩(wěn)定失衡，土的內(nèi)聚力縮小。

⑧盾構(gòu)施工中引起地下水大量流失，從而導(dǎo)致地下水位降低，地層隨之固結(jié)沉降。

2）客觀原因

客觀原因是指非施工人員原因而引起的地面沉降?？陀^原因主要包括由規(guī)劃、設(shè)計和當?shù)氐牡刭|(zhì)情況等因素。這種沉降通常是發(fā)生在整個盾構(gòu)施工過程中，并且一直延續(xù)到施工結(jié)束后的相當長的一段時間內(nèi)。它可具體分為以下幾點：

①設(shè)計階段的盾構(gòu)選擇，特別是盾構(gòu)外徑、盾尾空隙等尺寸的選定。這一切將直接影響“建筑空隙”的大小。

②盾構(gòu)施工過程中會存在地質(zhì)資料、建筑物基礎(chǔ)收集資料與事實不符而造成施工措施選擇不當引起建筑物開裂。

③由于注漿材料本身的體積收縮，使填充空隙的材料在一段時間后出現(xiàn)萎縮。

④盾殼移動對地層的摩擦的剪切，造成對臨近土體的擾動。

⑤在土壓力的作用下，隧道襯砌的變形會引起少量的地層損失。

⑥地層原始應(yīng)力狀態(tài)的改變、受擾動土體的固結(jié)及土體的蠕變效應(yīng)。

⑦施工結(jié)束后，隧道本身的沉降，也會引起地面沉降。

4.3 此次沉降的原因

結(jié)合此次沉降位置、水文地質(zhì)、盾構(gòu)掘進參數(shù)等相關(guān)情況，分析此次沉降的主要有以下原因：

（1）該地段地層屬于上軟下硬，隧道在穿越地層為④1黏質(zhì)粉土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑥1黏土時，日掘進量在15環(huán)/天；掘進速度偏快，造成④1黏質(zhì)粉土土層擾動較大，盾構(gòu)掘進過后土層重新固結(jié)排水，造成地表沉降。

（2）同步注漿在地層變化和上坡掘進時，理論注漿量2.5m3/環(huán)，理論充盈系數(shù)130-150%，注漿量控制范圍3.25-3.75m3，670-727環(huán)實際注漿量平均值在3.25m3，充盈系數(shù)為130%，達到了控制范圍的下限值，未充分考慮到處于④1黏質(zhì)粉土中上坡掘進、惰性漿液凝固慢等因素，同步漿液受重力作用向下流淌，造成盾尾后方一段隧道管片背后空隙大，引起地表沉降。

5 緊急處置措施

（1）右線盾構(gòu)停機保壓，對隧道內(nèi)690-720環(huán)進行二次注漿，使用單液漿進行補注漿。

（2）地面上每間隔10m（8環(huán)）引孔注漿，初步確定5個孔，孔深至③2粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土20-50 cm。

（3）加大監(jiān)測頻率，暫時按1次/2h進行監(jiān)測，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再進行調(diào)整。

（4）安排人員地面及隧道內(nèi)24小時值班，發(fā)現(xiàn)異常情況立即上報。

6 下一步施工控制措施

（1）減小小半徑掘進施工對土體的擾動影響

1）組織盾構(gòu)操作手及現(xiàn)場技術(shù)人員，進行詳細的技術(shù)交底，明確施工參數(shù)控制要求；針對小半徑施工可能存在的問題制定相應(yīng)的處理方案并要求現(xiàn)場落實到位；

2）加強盾構(gòu)掘進施工參數(shù)控制，施工過程中應(yīng)盡量“勤糾偏、少糾偏”，確保盾構(gòu)機姿態(tài)和成型隧道質(zhì)量；

3）施工過程中加強施工監(jiān)測，信息化指導(dǎo)施工。通過不斷的優(yōu)化掘進參數(shù)來控制盾構(gòu)機姿態(tài)及地面沉降，確保施工安全；

4）每環(huán)推進完成后根據(jù)盾構(gòu)機姿態(tài)、前后行程差以及管片楔形量挑選合適的拼裝點位；

5）將小轉(zhuǎn)彎半徑施工段定義為本區(qū)間的關(guān)鍵工序卡控點，施工過程中必須嚴格控制施工質(zhì)量；

6）加強管片拼裝質(zhì)量控制，小轉(zhuǎn)彎半徑施工過程中極易出現(xiàn)管片錯臺超限現(xiàn)象。管片拼裝前，技術(shù)人員通過計算后選擇拼裝點位，并嚴格檢查管片拼裝質(zhì)量情況，過程中加強螺栓復(fù)緊工作，確保成型隧道質(zhì)量。

（2）土壓力及出土量控制

嚴格控制土倉壓力及出土量，根據(jù)每日監(jiān)測情況及時調(diào)整土壓力設(shè)定值；

1）平衡壓力值的設(shè)定原則

根據(jù)地質(zhì)情況及隧道埋深、地下水等情況，進行理論計算切口平衡壓力：

根據(jù)地質(zhì)情況及隧道埋深等情況，理論計算切口平衡壓力：

正面平衡壓力：P=k0γh+σ

P：平衡壓力（包括地下水）

γ：土體的平均重度

h：隧道中心埋深

k0：土的側(cè)向靜止平衡壓力系數(shù)

σ：土壓力調(diào)整值，取0.01～0.02Mpa

具體施工設(shè)定值根據(jù)盾構(gòu)埋深、所在位置的土層狀況以及監(jiān)測數(shù)據(jù)進行不斷的調(diào)整。

2）推進出土量控制

嚴格控制出土量，做到開挖量與出土量均衡。本隧道開挖直徑6.410m，每環(huán)1.2m出土量約38.72m3。

（3）嚴格控制同步注漿施工

1）注漿材料及配比設(shè)計

①注漿材料：水泥砂漿。

②漿液配比及主要物理力學指標

膠凝時間：一般為3～8h，可通過現(xiàn)場試驗進一步調(diào)整配比和加入早強劑，進一步縮短膠凝時間。

2）同步注漿主要技術(shù)參數(shù)

①注漿壓力

注漿壓力略大于該地層位置靜止水土壓力，根據(jù)計算和經(jīng)驗，注漿壓力取值為0.2～0.3MPa。

②注漿量

盾構(gòu)機開挖直徑6.41m，管片外徑6.2m，理論注漿量：V=π×1.2×（6.412-6.22）/4=2.5m3，按照充盈系數(shù)130%-150%注入量為3.25～3.75m3。

③注漿速度

在不同的地層中根據(jù)需不同凝結(jié)時間的漿液及掘進速度來具體控制注漿時間的長短。做到“掘進、注漿同步，不注漿、不掘進”，通過控制同步注漿壓力和注漿量雙重標準來確定注漿時間。

（4）二次注漿

二次補強注漿一般在管片與巖壁間的空隙充填密實性差，致使地表沉降得不到有效控制或管片襯砌出現(xiàn)較嚴重滲漏的情況下實施。施工時根據(jù)地表沉降監(jiān)測反饋信息、施工參數(shù)、出土量來檢查是否需要二次注漿。

1）注漿材料、漿液配比及性能指數(shù)

二次注漿能對同步注漿起到進一步補充和加強作用，同時也是對管片周圍的地層起到充填和加固作用。

雙液漿漿液配比表

2）注漿設(shè)備

補強注漿采用自備的KBY-50/70雙液注漿泵。二次注漿設(shè)備準備3套，其中一套為后備。

二次補強注漿注漿管及孔口管自制，其加工應(yīng)具有與管片吊裝孔的配套能力，能夠?qū)崿F(xiàn)快速接卸以及密封不漏漿的功能，并配備泄?jié){閥。

二次注漿現(xiàn)場實施圖

（5）加強地面巡視和監(jiān)測，嚴格按照施工監(jiān)測方案、規(guī)范等要求進行監(jiān)測，及時反饋數(shù)據(jù)及地面情況，現(xiàn)場依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工參數(shù)。

7 結(jié)束語

經(jīng)過對無錫地鐵吳都路站～商務(wù)中心站區(qū)間在軟弱土層中盾構(gòu)掘進地面沉降問題進行了深入的分析，并采取了一系列控制措施和下一步盾構(gòu)掘進施工措施。有效地解決了盾構(gòu)機在小半徑曲線軟弱地層中掘進施工引起地面沉降問題，為后續(xù)的盾構(gòu)施工提供了工程案例和經(jīng)驗借鑒。