富水砂层土压平衡盾构机掘进地表沉降分析与控制.doc

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1、富水砂层土压平衡盾构机掘进地表沉降分析与控制内容提要：本文结合南宁市轨道交通一号线一期工程西民区间工程实例，从盾构工法特性，同步注浆工艺，盾构姿态控制及线路走向等方面着手，对土压平衡盾构施工在砂层中掘进过程中产生的地面沉降、原因进行了分析研究，并提出了相应的施工控制对策，对盾构法隧道施工中控地面沉降有很好的借鉴作用。关键词：盾构法砂层地表沉降1前言在盾构掘进过程中，由于土压平衡盾构机的局限性、地层适应性限制，在砂层掘进中，沉降较难以控制。根据一般经验，在盾构掘进中和盾尾通过后都有较大沉降。根据前期施工中跟踪测量结果显示，盾构在砂层中掘进，盾构前方20m左右有

2、明显沉降，约3~5mm。掘进过程中刀盘位置沉降约4~13mm，同步注浆后沉降有收敛，盾尾拖出15m后沉降基本稳定。地面沉降主要受工程地质、水文地质、管片衬砌注浆质量、盾构机姿态控制等方面的影响。本文结合南宁市轨道交通一号线西民盾构区间地面沉降的工程实例，从盾构工法特性、同步注浆、盾构姿态及线路走向等方面着手，重点对土压平衡盾构施工过程中产生的地面沉降的现象、影响因素及应对措施进行分析研究，为解决盾构在砂层中地面沉降的问题提供一些参考建议。2工程概况及地质分析西乡塘客运站～民族大学站区间位于南宁市大学西路，西乡塘客运站与民族大学之间路段。区间周边规划用地以商业

3、、教育、居住、军事用地为主。勘察场地属邕江北岸Ⅱ级阶地，属侵蚀堆积河谷阶地区，地面高程76.04～82.99m，相对高差6.95m。隧道右线长1149.001m，左线隧道长1144.453m。本区间主要穿越地层为粉质粘土②5-2、粉土③1、粉（细）砂④1-1、中砂④2-1、砾砂④4-2、圆砾⑤1-1、卵石⑤1-2、泥岩、粉砂质泥岩⑦1-1（E）泥岩、粉砂质泥岩⑦1-2（E）、泥岩、粉砂质泥岩⑦1-3（E）。本区间隧道左线在始发后145m，里程ZSK5+825.770～ZSK6+052进入粉（细）砂④1-1层，且顶部高度逐渐增加，右线在105m后进入粉（细）砂

4、④1-1层，里程为YSK5+302～YSK6+787。隧道埋深约10-15m，砂层为富水层，具有承压性。具体地质情况见下图：图1右线砂层段地质剖面图1地面沉降跟踪及分析3.1地面累计沉降统计本区间监测控制值为单次沉降±3mm，累计沉降（-30mm，+10mm）。截至2014年4月9日晚上19点，隧道上方地表累计沉降统计数据见表1，表14月9日17：00监测数据汇总表图29日17点监测累计沉降情况(单位：mm)3.2单次沉降统计2014年4月4日至4月9日，盾构掘进过程中盾体前后位置沉降见下图：图34月4日至4月9日监测情况从图2-图3可以看出，该段沉降有以下

5、规律：（1）盾构到达前盾构切口前方的影响距离约20m，约等于覆土厚H+盾构直径D=14+6.28=20.28m。切口前0~5m，小于5mm；切口前大于5m位置，沉降小于3mm。（2）盾构到达位置，在盾构刀盘切削土体位置，由于刀盘掘进的扰动和在盾构掘进位置沉降较大，一般在5-10mm。（3）盾构通过未脱出盾构时，盾体在盾体前进过程中，由于盾体切削土体外径比盾体大3cm，由于不能同步注浆。在通过刀盘后继续沉降。一般达到5-12mm。（4）盾尾脱出时，盾尾脱出后通过同步注浆和二次注浆，沉降逐渐收敛。地面沉降速率明显降低。一般单次测量为1-3mm。（5）盾尾脱出后期

6、沉降。盾尾脱出后10m，沉降速率明显降低，沉降小于1mm。通过二次注浆补强，盾尾15m后地面沉降达到稳定。4地面沉降的影响因素分析4.1地表沉降原因在软土地层中开挖隧道，不论采取任何施工技术都将引起地层运动，产生地面沉降。盾构施工中引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面沉降的基本原因。4.1.1地层损失地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之差（地层损失率指地层损失体积占盾构理论排土体积的百分比）。周围土体在弥补地层损失中发生地层移动，引起地面沉降。引起地层损失的施工及其他因素是：(1)开挖面土体移动当盾构掘进时，

7、开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向力，开挖土体向盾构内移动，引起地层损失而导致盾构上方地面沉降；当盾构推进时，如作用在正面的土体的推力大于原始侧向力，则正向土体向上、向前移动，引起地层损失(欠挖)而导致盾构前上方土体隆起。(2)盾构后退在盾构暂停推进中，由于盾构推进千斤顶漏油回缩而可能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。(3)土体挤入盾尾空隙由于盾尾后面隧道外周建筑空隙中压浆不及时，压浆量不足，压浆压力不恰当，使盾尾后周边土体失去原始三维平衡状态，而向盾尾空隙中移动，引起地层损失。(4)改变推进方向盾构在曲线推进、纠偏、抬头推进或叩头推

8、进过程中，实际开挖面不是圆形而是椭圆，因此引起地层损