尹業(yè)兵，劉銳，張立

（中建隧道建設(shè)有限公司，長沙410000）

1 引言

在上軟下硬復(fù)合地層開展盾構(gòu)施工時，由于在上軟下硬復(fù)合地層的巖石開挖難度大，且施工周期長，通常需要大土倉壓力確保開挖面穩(wěn)定性，所以必須建立合理的土倉壓力[1]。由于盾構(gòu)機上下部受力不均勻，會對盾構(gòu)姿態(tài)造成較大影響，且刀具從軟土層向硬巖石層轉(zhuǎn)化時，還會導(dǎo)致盾構(gòu)自轉(zhuǎn)，擾動隧道附近巖土層，所以必須控制盾構(gòu)施工的地表沉降問題。

2 工程概況

某市區(qū)軌道交通施工項目線路全長為22.8km，共計20站，站間距為1.25km，均為地下站，且包括4 座換乘站。項目結(jié)構(gòu)頂板穿越地層依次為黏土層、中風(fēng)化灰?guī)r層、全風(fēng)化頁巖層；結(jié)構(gòu)底板位于黏土層、全風(fēng)化頁巖層、中風(fēng)化灰?guī)r層以及強風(fēng)化頁巖層。項目處于斷裂構(gòu)造區(qū)域、褶皺構(gòu)造區(qū)域以及地震帶，地質(zhì)條件復(fù)雜，且風(fēng)化巖和溶洞問題嚴重。

3 地表沉降監(jiān)測點布設(shè)方案

硬質(zhì)地表沉降監(jiān)測通常應(yīng)用半圓頭鋼筋制作而成，選取鉆芯機鉆透路面結(jié)構(gòu)層，鉆孔直徑設(shè)置為15cm，將沉降觀測點設(shè)置在孔內(nèi)，監(jiān)測點進行保護處理，以免車輛碾壓。土質(zhì)地表沉降監(jiān)測點內(nèi)打入鋼筋，之后使用混凝土進行固定處理。

在該區(qū)間內(nèi)盾構(gòu)范圍內(nèi)，沿著隧道每相隔5m 設(shè)置一個沉降監(jiān)測點，每相隔30m 設(shè)置斷面，當(dāng)穿越風(fēng)險點時需要設(shè)置多個監(jiān)測點。并且通過全站儀放線測量隧道，明確地表斷面監(jiān)測點，如圖1 所示。

3.1 監(jiān)測頻率和控制標準

該項目于2018 年1 月開始監(jiān)測地表沉降問題，監(jiān)測點與開挖面的水平距離為L，隧道開挖直徑為D，施工允許沉降量為±20mm，沉降速率為±7mm/d。

圖1 橫斷面上的地表沉降監(jiān)測點布置圖

3.2 沉降實測數(shù)據(jù)分析

沉降實測數(shù)據(jù)分析包括以下2 方面：

1）斷面沉降規(guī)律。此次所研究的區(qū)間內(nèi)，斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)完整，在均勻分布在研究段上，選取4 個斷面為代表，對斷面地表沉降規(guī)律進行分析，結(jié)果如表1 所示。

表1 橫斷面地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果mm

分析表1 可知：（1）監(jiān)測數(shù)據(jù)近似正態(tài)分布，在單線施工時，所導(dǎo)致的地表沉降事件獨立，雙線橫斷面地表沉降會由不同線先后施工所致地表沉降加??；（2）由于隧道巖層位于上軟下硬復(fù)合地層，再加上盾構(gòu)施工對于地層穩(wěn)定性影響較大，所以斷面地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足正態(tài)函數(shù)曲線要求。

2）縱斷面沉降規(guī)律。從研究結(jié)果可知，監(jiān)測點盾構(gòu)位于中風(fēng)化石灰?guī)r夾層，且厚度比較大，局部含有大量裂隙水，從而形成裂隙水導(dǎo)水通道。盾構(gòu)施工遭遇軟硬結(jié)合面時，沒有及時調(diào)整施工參數(shù)，引起周邊巖土層擾動，且產(chǎn)生涌水問題，裂隙水低于地下水位，從而導(dǎo)致地表沉降問題發(fā)生。

4 盾構(gòu)施工地表沉降的控制措施

4.1 上軟下硬地層地表沉降控制

上軟下硬地層地表沉降控制措施包括：

1）控制土倉壓力和出土量。由于復(fù)合型地層施工會對上部軟弱層造成較大擾動影響，且土倉壓力提供開挖面支護力，以此確保掌子面水土壓力平衡。所以必須合理設(shè)置土倉壓力，并且按照隧道埋深。不同地質(zhì)情況以及沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進行調(diào)整。可以通過改變掘進速度和出土量控制土倉壓力。

2）控制盾構(gòu)推力。盾構(gòu)施工進入到硬巖地層時，會相應(yīng)加大地層下部阻力，此時就會導(dǎo)致盾構(gòu)機出現(xiàn)磕頭問題。所以在掘進施工時應(yīng)當(dāng)加大千斤頂推力，并且盾構(gòu)上侵推進[2]。

3）控制注漿因素。盾構(gòu)機施工期間，注漿壓力大就會破壞上覆層軟弱層，還會導(dǎo)致管片變形，對盾構(gòu)施工安全性造成較大影響。當(dāng)壓力比較小時，漿液不會進入到巖體間隙層，此時需要按照上部軟弱層合理設(shè)置注漿壓力，按照標準要求控制漿液材料的含水量、黏稠度以及顆粒度。

4.2 地層改良控制措施

地層改良控制措施包括：

1）軟弱層改良措施。在改良軟弱地層時，可以通過以下方式實現(xiàn)：（1）盾構(gòu)機通過上軟下硬段之前，必須注重軟弱層加固處理；（2）隧道內(nèi)軟弱層與開挖面加固處理。在對地表軟弱層進行加固處理時，可以通過注漿及錨固等方式，但是地表條件會影響支護效果。在隧道內(nèi)實施軟弱層加固時，需要通過注漿方式加固[3]。

2）硬巖層改良措施。由于上軟下硬段也存在硬巖層，改變盾構(gòu)姿態(tài)，且盾構(gòu)刀盤開挖面的巖土層切削程度不相同，此時就會導(dǎo)致開挖面與隧道巖土層損失。所以在盾構(gòu)掘進期間，當(dāng)存在局部硬巖石層時，需要在地表應(yīng)用豎井開挖、沖孔樁機等方式，破除局部硬巖石，以此提升局部硬巖石清理效果。

4.3 合理排放地下水

隧道工程建設(shè)期間需要排放地下水，若施工人員沒有注重該項操作的合理性，將會對土層穩(wěn)定性和強度造成影響?；谝陨戏矫?，在施工期間必須加強土層穩(wěn)定性，注重地下水排放的合理性。施工技術(shù)人員可以按照工程實際情況采用地下滲水封堵或阻斷方式，適當(dāng)減少排水時間。

5 結(jié)語

綜上所述，由于盾構(gòu)施工穿越上軟下硬復(fù)合地層時，極易出現(xiàn)地表沉降問題，所以本文提出地表沉降控制措施包括上軟下硬地層地表沉降控制、地層改良控制措施以及合理排放地下水等，希望能夠全面控制盾構(gòu)施工的地表沉降問題。