盾构掘进地层变形原因分析与施工控制

盾构掘进地层变形原因分析与施工控制

武薇

黑龙江省建工集团有限责任公司

【摘要】盾构掘进技术在当今地铁施工过程中使用较广泛，在城市中心地带以及相关建筑对地面沉降的标准很严格，所以为了避免地面发生变形的情况发生，成为了盾构施工时一项重要的问题。本篇文章结合某城市中的地铁工程实践，从而分析地层变形的特征以及主要因素，并且采取相关措施。笔者结合多年经验进行合理分析，提出相关建议，仅供参考。

【关键词】盾构；地层变形；控制措施

某城市地铁在施工过程中第一次采取盾构的方式对地铁区隧道进行掘进，下面是通往城市的中心地带，在这些区域当中有较多的是以前的区域或者是商业区域。因此，相关人员应当对地层变形以及地面沉降的情况采取严格的方式进行有效预防，从而对盾构在施工中出现的地层改变形状以及地面出现深陷现象进行详细探讨，从而制定恰当的方案进行有效预防，以便能够提高施工技术水平。

1、盾构掘进过程中地层变形的特点和原因

即使利用盾构的方式对隧道进行施工能够对不同的地层、不同的埋深程度、不会对周边环境产生较大的影响、施工设备完善、掘进速度敏捷以及不具备危险性等较多优势，由于盾构技术在不断的改善，一些新型的技术被相关领域认可，然而还会因为盾构在施工过程中出现地面凹陷的情况是在所难免的。影响地层发生变形的情况主要由以下两方面因素：一方面是因为盾构在推进过程中会对周围地层发生扰动的现象，开挖过程中对地层在最初应力状态下发生变化，对地层中相关的压力变化、土层的强度标准下降带来一定的影响。在城市建设当中的盾构隧道形式上可以看出有深埋较浅的现象，因此在实施盾构技术时对相关道路、水管等多方面都会受到影响，在实施盾构过程中要对地层变形的情况进行严格预防。对地层变形进行合理预防，其目的是为了能够提高施工品质的重要影响。

1.1地层变形原因分析

1.1.1开挖面土体的移动

在实施隧道掘进的环节中，开挖面的应力不能够和原始的侧压力不能达到一致，不是大于原始侧压力，就是小于原始测压力，这样就会发生下沉或者隆起的情况出现。

1.1.2建筑空隙引起的沉降

土体挤入盾尾空隙，由于向盾尾后面隧道外围建筑空隙中压浆不及时、注浆量不足或压浆压力不适当，使盾尾后坑道周边土体失去原始三维平衡状态而引起地层损失；盾构在曲线中掘进，或纠偏掘进过程中实际开挖断面不是圆形而是椭圆形而引起地层损失；盾构在土体中移动，盾壳表面粘附着一层粘土，推进时盾尾后隧道外围形成的空隙大量增加，如不相应增加注浆量则地层损失将增加。

1.1.3衬砌变形和沉降

由于在土压力的作用下，隧道衬砌引起的变形会让地层出现少量的损失，倘若隧道衬砌在沉降过程中出现较大的现象，那么就会发生地层损失的情况；倘若衬砌发生渗漏的情况，也会导致土层出现沉降的情况。

1.1.4受扰动土体的固结再沉降

由于盾构掘进过程中的挤压作用和盾尾注浆作用等因素使周围地层形成超孔隙水压区，需经过一段时间后才能消散复原，在此过程中因地层发生排水固结变形而引起地面沉降。

2、地层沉降控制方法

2.1地层状况及沿线建构筑物调查

若要在施工过程中达到有效控制地层沉降的目的，先决条件就是在盾构掘进之前对隧道施工影响范围内的地层状况及沿线建构筑物进行调查，获得相关原始资料后对地层条件及沿线建构筑物的状态结合相关规范要求，进行评价分级进而确定其在施工过程中为确保地层及建构筑物的稳定而应达到的控制标准。

2.2优化匹配盾构掘进参数

在确定沿线地层及相关建构筑物的控制标准后根据控制目标调整盾构掘进参数，使盾构在施工过程中达到最优控制掘进状态。

盾构最优掘进是指掘进时对周围地层及地面的影响最小、地层强度下降小、受到的扰动小、超空隙水压力小、地面隆沉小且盾尾脱出时的突沉幅度小，这些是盾构施工中控制地面沉降、保护环境的首要条件和治本方法。

要达到最优状态必须在盾构掘进过程中根据隧道埋深、地质条件、地面荷载、设计坡度、转弯半径、轴线偏差及盾构姿态等情况选取合理的参数指导施工，但各参数既是独立的又存在相互匹配、优化组合的问题，宏观表现在地表变形的控制。为此必须进行沿线监测地表变形值，据此不断进行优化组合，指导下一步的掘进施工，使之真正达到优化施工参数的目的。

2.3试掘进确定参数指导

施工岩土介质的典型特征是离散的、各向异性的三相体，盾构施工所面对的主要工作介质就是岩土体，再加上在施工影响范围内建构筑物与岩土体的相互作用，因而其物理、力学性能，计算模型及理论分析结果很难达到连续介质力学的精度。基于上述原因很有必要根据沿线地层条件和建构筑物情况以一定的掘进区段作为掘进试验段。一般来说将始发掘进的前100m作为试推段，在实际掘进过程中将100m试推段划分为3个区段：第一段长15m为初掘进，共设定3组掘进参数，通过地表监测摸索地层变化和轴线控制的规律；第二段长35m，根据地面条件、建筑物和地下管线情况对第一阶段设定的3组参数进行调整以取得最优参数；第三区段长5Om是正式掘进的准备阶段，通过这一区段的掘进对地面沉降、隧道轴线控制和衬砌安装质量等制定出控制措施，基本掌握施工参数，利用信息反馈指导施工。通过100m试推段掘进参数与地层变形规律的摸索为整个掘进过程中施工参数的确定奠定良好的基础。

3、工程实践效果

由于地面建筑相对于较为繁琐，隧道从道路南侧密集商业建筑下面穿过，建筑物多数为以前的老房子，而且建设年代时间长，其中大多数都是以木质结构盖成的砖房，部门房屋处在坍塌的状况；地下管的线路较多，包括：电力等不同种类的管线。

施工人员在施工时，应当考虑到地层情况、建筑情况会对沿线施工产生一定的影响从而制定恰当的方案，从而对盾构掘进数值进行确定，采取试推段方式在实践过程中得知，将土仓的压力、注入浆液的含量和地层检测得到的结论之间做对比，从而不断的改善掘进数值，能够对土层变形有效的预防。例如：施工人员在掘进时会穿过很多的区域，这样对地层变形就能起到较好的控制作用，地层沉降的数值不能大于10mm，小于规范标准的30mm。

4、结语

综上所述，本文结合某城市地铁某标段采取的盾构工程进行相关的实践，发现影响地层变形的因素有很多，其中由于开挖的施工过程让地层最初的应力形态发生变化，并且盾构在推进时也让周围的土层出现扰动的情况，这样就会减少土层的强度标准等现象发生。相关人员应当合理的使用盾构技术的优点，通过信息化的方式得到相关反馈，能够提高掘进数值的准确性，推动我国经济的繁荣，为我国的现代化发展做出贡献。

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