盾构隧道穿越村庄的沉降控制

盾构隧道穿越村庄的沉降控制

王勇管善志

中交二航局第三工程有限公司江苏镇江212003

摘要：本文以某过江隧道工程为研究背景，通过现场监测数据、盾构机施工参数，研究了在该地层中盾构隧道施工引起的房屋沉降规律与控制因素。在盾构掘进中，采取适当增大同步注浆量和增大切口水压的施工方法能有效控制地表沉降。

关键词：盾构隧道；地表沉降；同步注浆；切口水压

1引言

近年来，在城市修建的盾构隧道，大多采用双线盾构隧道，其对地层的影响较单一盾构隧道更为复杂，地表沉降也会更大。同时，软弱土层的易扰动性增加了盾构掘进沉降控制的难度。当隧道下穿房屋时，如果沉降控制不好，便会对房屋造成破坏影响。如何正确确定盾构掘进参数，是目前盾构穿越地层引起地表沉降的研究重点和难点。

2工程概况

南京市某过江隧道长3557m，采用直径为14.93m泥水加压平衡式盾构机掘进施工，盾构刀盘开挖直径为15.00m，管片外径14.5m，内径13.3m，环宽2.0m。盾构穿越保健村既有建筑物累计54.84m，埋深30.5m，位于粉砂层中。

3掘进控制

3.1切口土压力设定

切口泥水压力值根据盾构穿越保健村时盾构埋深及土层情况进行计算，压力波动控制在±0.01Mpa，计算公式如下：

a.切口水压上限值：P上=P1＋P2＋P3=γwh＋K0[（γ-γw）h+γ（H-h）]＋20

式中：P上——切口水压上限值（kPa）；

P1——地下水压力（kPa）；

P2——静止土压力（kPa）；

P3——变动土压力，一般取20kPa；

γw——水的容重（kN/m3）；

h——地下水位以下的隧道埋深（算至隧道中心）（m）；

K0——静止土压力系数；

γ——土的容重（kN/m3）；

H——隧道埋深（算至隧道中心）（m）。

b.切口水压下限值：P下=P1+P'2+P3=γwh+Ka[（γ-γw）h+γ（H-h）]-2CusqrKa+20

式中：P下——切口水压下限值（kPa）；

P'2——主动土压力（kPa）；

Ka——主动土压力系数；

Cu——土的凝聚力（kPa）。

实际取值介于理论计算值的上下限之间，根据计算盾构下穿保健村切口水压取0.42~0.44Mpa，掘进施工时根据实际监测数据动态调整。

3.2掘进速度控制

盾构掘进速度要保证同步注浆砂浆能够充分填充盾构刀盘与管片外径间隙，避免引起较大的地面沉降。按照180%~200%的理论注浆量以及盾构机0.5~0.8m3/min的同步注浆速率，盾构机掘进速度取值如表3所示。

表3同步注浆与盾构掘进速度关系统计

根据以上统计数据推出盾构下穿保健村掘进速度28~33mm/min为宜。掘进过程中，掘进速度值应尽量保持恒定，减少波动，以保证切口水压稳定和送、排泥管的畅通。在调整掘进速度时，应逐步调整，避免速度突变对地层造成冲击扰动和切口水压摆动过大。

3.3泥浆指标

在盾构下穿保健村粉细砂、中粗砂地层，泥浆密度可以控制在1.10~1.12g/cm3之间，泥浆粘度可以控制在18s到20s，这样的泥浆可以在粉细砂、少量中粗砂地层中形成泥膜，并且滤水量也较少。

3.4同步注浆控制

盾构穿越既有建筑物同步注浆浆液设计配合比控制指标应满足：

1）胶凝时间短，硬性浆液胶初凝时间不大于6h；

2）固结强度高，三天强度可达1.1Mpa，28天强度达到1.5Mpa；

3）浆液塌落度为8~12cm；

4）浆液稳定性好，沁水率不大于2.8%。

现场配合比如表4所示。

表4同步注浆配比

3.5盾构轴线纠偏控制

盾构机下穿建筑物期间应少纠偏或不纠偏，盾构保持较为平稳的状态进行掘进。控制盾构每环纠偏量不大于10mm，变坡不大于1‰，以减少盾构施工对地层的扰动影响。

3.6管片拼装控制

在管片拼装过程中，安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间；拼装过程中发现泥水压力下降，可以采用封闭泥水仓的手段，维持泥水压力的作用。拼装结束后，尽可能快地恢复推进。

3.7盾尾防漏与密封油脂压注

盾尾油脂压注应定期、定量、定位压注，每环的压注量初定为300kg。当发现盾尾有少量漏浆时，应对漏浆部位及时进行补压盾尾油脂，避免地表发生沉降。

3.8掘进施工监测

盾构机在下穿建筑物期间，每天监测3次，及时将结果反馈到现场总控室，为下步施工决策提供依据，必要时加大监测频次。在施工过程中根据监测数据不断总结优化试验段总结的各项参数，以达到控制建筑物沉降的目的。

监控量测数据分析

根据图1所示的保健村70#楼沉降监测结果，测点变形与距离盾构轴线的距离成反比，F28为最大变形测点，沉降为14.9mm，小于规范规定的150mm的累计变形标准。9个测点在盾构掘进过程中变化规律基本一致，满足盾构掘进平稳通过的要求。

图1保健村70#楼沉降监测

在1月9号之前监测结果为隆起，这是因为在穿越保健村70#楼房之前，将切口水压增加了0.1bar。切口水压设定使得前方地表隆起，表明切口水压的设定合理。

结语

总结盾构掘进过程中的参数设置经验，盾构穿越地表沉降敏感地带时的技术要点如下：

（1）通过采用加大同步注浆量将地表轻微隆起的方法来减小沉降。穿越粉砂层时，直径为14.93m泥水加压平衡式盾构机同步注浆量宜为43－45m3，填充系数宜为1.78－1.86。

（2）将切口水压设定为理论计算最小切口水压增加0.2bar，来实现在刀盘到达前约15~30m地表隆起，刀盘到达时沉降较小。但随着切口水压的增大，会造成推力增大和盾尾漏浆，应谨慎采用。

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