盾构刀盘前方地层变形机理及控制措施.pdf

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1、项目管理与质量控制项目管理与质量控制Doors&Windows盾构刀盘前方地层变形机理及控制措施刘彬刘林波中交隧道工程局有限公司摘要：盾构机是城市地铁施工的主要机械设备，由于长江三角洲地区多为软土，故该地区地铁区间施工基本采用土压平衡盾构机。盾构机掘进前、掘进中和掘进后均会对地面造成不同的垂直位移。本文以苏州地铁穿越苏嘉杭高速为实例，主要从地层变形分析，土仓压力控制（含修正数值选取）和出土量几个方面阐述了盾构掘进时前方土体的变形机理和控制措施，希望可以为以后盾构施工的沉降控制和穿越建（构）筑物施工提供技术参考。关键词：盾构穿越；土仓压力；土体变

2、形；盾构推进；监测1引言随着我国城市发展进程加快，城市轨道交通建设日益增多，地铁施工技术也逐渐成熟。但是，地铁施工过程中仍存在一些技术难题，尤其盾构施工对周围建（构）筑物的影响一直是地铁施工的重要风险，本文着重阐述盾构掘进过程中刀盘前方地层变形的机理和控制措施。我国长江三角洲地区地质分部以软土为主，地铁区间施工大部分采用土压平衡盾构机。文章结合苏州地铁4号线吴江段实际情况，以在建项目穿越苏嘉杭高速作为研究对象，针对盾构施工对开挖面前方土体扰动机理展开论述，分析盾构法施工对刀盘前方地层变形的机理，讨论控制刀盘前方地层变形的措施，为盾构成功穿越苏嘉

3、杭高速提供理论支持。2工程概况图2苏嘉杭高速公路和盾构隧道平面关系位置图庞金路站～同津大道站区间线路出庞金路站后沿甘泉西盾构区间穿越苏嘉杭高速路段的地层由上往下为：路往东，然后下穿苏嘉杭高速，左右线分别从南北两侧绕过东盾构穿越苏嘉杭高速路段覆土土层主要为①3素填土层、中心河桥后，往东到达同津大道站，区间长度1630.508m。盾③1粘土层、③2粉质粘土层、④1粉质粘土层；穿越土层主要为④构区间在里程右DK40+200附近下穿苏嘉杭高速公路，盾构线1粉质粘土层、⑥1粘土层；盾构下层土层主要为⑥1粘土层、⑥2路与苏嘉杭高速公路平面呈76°夹角，按由

4、同津大道站始发的粉质粘土夹粘土层。工筹安排，穿越段盾构以3.5‰的纵坡上升，穿越段隧道顶的覆3盾构推进前方地层变形情况分析综述土深度为约17.3m，乍嘉杭高速公路和盾构隧道关系如图1图根据既有研究资料，盾构施工引起的土体变形，其纵向影2所示。响范围，在盾构前方约D+htan45∘范围内。在③1粘土层、③2粉质粘土层、④1粉质粘土层中，其影响范围为一纵向斜直线，其夹角为45°；而在砂性土层中，其影响范围与粘土层基本相同，但是纵向影响范围截然不同，再砂土层中呈一鼻形曲线。曲线形状与盾构直径、隧道埋深等因素有关。本项目穿越段地层主要为粘性土，其地基变

5、形分布模式如图3所示。图1苏嘉杭高速公路和盾构隧道立体关系位置图图3盾构掘进粘土地层变形图2017.04155Doors&Windows项目管理与质量控制项目管理与质量控制4土仓压力设定及推进过程控制挖断面直径为6.37m，而盾体直径为6.34m，而在进行理论出土土仓压力的设定是盾构控制的要点，开挖面稳定与否，地量计算时依然按照6.34m进行计算，这样可以减少由于刀盘通表的隆沉变形，盾构掘进的影响范围都有很大影响。设定土过后形成的间隙造成的地层损失，减小损失量。压力值应控制在（水压力+主动土压力）

6、送机自动反馈的数据会存压力）范围内，如图4所示。在一定的失准，因此，在进行试掘进的时候对出土量需进行校核，根据盾构推进进尺的变化找出螺旋输送机反馈数据的情况对出土量进行校准，另外根据每环的总出土量利用门吊的称重系统进行核算，在试掘进时将出土量与门吊的称重量进行对照，对穿越段的出土量进行校核（需注意添加剂使用时需将重量核算在内）。6小结在穿越苏嘉杭高速的施工过程中，项目部根据以上方法图4盾构土仓压力设定示意图控制出土量和土仓压力，同时，对刀盘前方路面进行了监测。由于本段盾构穿越地层为粘土地层，土压设定采用水土对区间隧道地表沉降和盾构土仓压力监测结

7、果进行分析，可合算（如为砂土地层则应水土分算）。以得出以下结论：盾构穿越苏嘉杭高速路段覆土土层主要为①3素填土层、⑴土仓压力平衡状态不佳引起的前方路面垂直位移很③1粘土层、③2粉质粘土层、④1粉质粘土层；穿越土层主要为④小，土仓压力整体控制较好。1粉质粘土层、⑥1粘土层；盾构下层土层主要为⑥1粘土层、⑥2穿越苏嘉杭高速期间，由于土仓压力不平衡引起的左线粉质粘土夹粘土层。地表隆起为1mm，引起的右线地表隆起为4mm，隆起数值均在穿越段隧顶覆土厚度约为17.3m,苏嘉杭路堤高度约为设计及规范要求之内，同时，刀盘前方的部分隆起可以抵消盾5m。根据计算

8、，土仓压力P=K∘(γh+q)，其中P：土压力；γ：土构掘进该位置后的地面沉降。的平均容重，取19.5kN/m3；h：隧道埋深，取20.4m；K0：土