关于盾构下穿地铁既有线地层沉降控制的研究

关于盾构下穿地铁既有线地层沉降控制的研究

张明华

山东高速岩土工程有限公司 山东省济南市 250000

摘 要 随着社会进步，城市轨道交通发展越来越快，盾构法应用日益广泛，在城市地铁修建隧道中发挥了重要作用，但是修建成型隧道需穿越一些建（构）筑物，所以如何选择正确合理的施工方案，控制地面沉降显得尤为重要。本文对盾构下穿地铁既有线施工中地层沉降形成原因进行简要说明，并对其分析及研究，提出相应的控制措施，为后续盾构下穿地铁既有线施工积累宝贵经验和提供施工技术指导。

关键词 地层 同步注浆 沉降 二次注浆 推进参数 姿态控制

中图分类号 文献标识码

Study on ground settlement control of shield tunneling under existing metro line

Zhang Minghua

(Shandong Expressway Geotechnical Engineering Co., Ltd Jinan city, shandong province 250000)

Abstract With the development of society, the development of Urban Rail Transit is faster and faster, and the shield method is used more and more widely, which plays an important role in the construction of urban subway tunnels, so how to choose the correct and reasonable construction scheme, control the land subsidence is particularly important. In this paper, the causes of formation of ground settlement during the construction of shield tunneling through existing subway lines are briefly explained, and the corresponding control measures are put forward, it provides valuable experience and technical guidance for the subsequent shield tunneling under the existing metro line.

Keywords Strata；synchronous grouting； settlement；secondary grouting；propulsion parameters；attitude control

1^ 工程概况

石榴岗站-琶洲西区站区间南起石榴岗站，线路出石榴岗站后向北行进，下穿台涌村民房及台涌工业区厂房，继续向北行进，穿越广东省轻工业技术学校，约1200m左右后，下穿黄浦涌向正北方向行进，在新港东路位置到达琶洲西区站。区间左线设计起讫里程ZDK53+047.343-ZDK54+766.300，短链长1.18m，左线长1717.777m，区间左右线均从琶洲西区站始发，石榴岗站提供盾构接收条件。

区间下穿既有地铁8号线里程范围为Z(Y)DK54+713.690~ Z(Y)DK54+736.420，区间左、右线下穿主要地层为强风化<7-1>、微风化粗砂岩<9-1>。既有地铁8号线结构所处地层为淤泥质土<2-1>、淤泥质粉砂<2-2>、细砂<3-1>。既有地铁8号线新磨区间隧道围护结构底标高距离隧道顶标高约为1.2m。

图1 工程地理位置图

2 地层沉降形成原因及发展过程

2.1 地表沉降的原因

在软土地层中开挖隧道,无论采用何种施工技术都将引起地层运动，产生地面沉降或隆起。地表隆起主要是因为掘进界面支护力过大，而地面沉降，是由于盾构法施工引起隧道周围土体松动和沉陷。受其影响，隧道周围附近地区的基础构筑物将产生变形、沉降或变位，致使构筑物机能遭受破损或破坏。

由盾构法施工而引起的地层损失和经扰动后的土颗粒再固结是形成地面沉降的另一个主要因素。主要分为土体损失和固结沉降两方面。

2.2 地面隆沉的发展过程

图2 地面隆沉发展过程示意图

3 下穿地铁既有线施工中地层沉降控制措施

在下穿既有地铁8号线过程中，为减小对地层扰动，将地层沉降控制到最小，施工过程中主要采取的措施有：

1. 合理设置推进参数，加强姿态控制；

2. 推进过程中，加强同步注浆及二次注浆；

3. 下穿施工前对地铁8号线结构、周边环境调查；

4. 根据现场条件合理采用气压辅助模式掘进；

5. 施工过程中，对地层沉降控制采用自动化监测；

6. 下穿既有地铁8号线期间，加强各参建方联动管理机制；

7. 下穿地铁8号线前，准备好各项应急物资、设备；

3.1 合理设置推进参数

根据下穿既有地铁8号线段地质情况，结合已施工段推进参数，确定盾构下穿既有地铁8号线时推进参数如下：

表1 下穿既有地铁8号线期间施工参数

3.2 同步注浆及二次注浆

同步注浆的浆液配比详见下表：

表2 同步注浆浆液配比

根据经验公式，注浆量取环行间隙理论体积的1.5～2.0倍，则每环（1.6m）注浆量Q=9.8～14.2m³。

采用注浆压力和注浆量双指标控制标准（即双控），即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的85%以上时，即可认为达到了质量要求。

当地面因盾构施工造成沉降过大时，需及时进行补浆。二次注浆采用水泥浆+水玻璃组成的双液浆，水泥浆采用42.5R普通硅酸盐水泥，水灰比为1:1；水玻璃采用波美度35的溶液与水按1：1.5进行稀释。注浆压力控制在比该位置水土压力增加1-2bar，使浆液具有一定的扩散能力，又不至于对周边土体和注浆体产生较大影响。

表3 浆液配比

在下穿既有地铁8号线期间，为了减小地层沉降，施工过程中，在盾体径向孔注入厚浆填充盾体与地层间间隙，每环注入量约为1-2m³。

3.3 地铁8号线调查情况

（1）在下穿地铁8号线前，邀请具有评估资质的第三方对地铁8号线结构进行安全评估，并出具安全评估报告及组织专家进行论证，根据评估单位及专家所提建议和意见对施工组织进行优化，保证下穿施工安全、顺利。

（2）在下穿地铁8号线前，项目部组织技术人员对8号线结构进行质量病害普查，对成型隧道病害进行统计，减少后续施工造成被动影响。质量病害普查结构如下：

①构筑物上部结构未发现有明显的沉降裂缝。

②上部承重结构及围护结构损坏主要表现为：a.隧道侧壁有竖向、斜向、不规则裂缝及渗水痕迹；b.顶板的裂缝及渗水痕迹；c.混凝土构件的钢筋外露、锈蚀；d.水泥地面的裂缝。

图3 现场结构质量病害普查

3.4 气压辅助模式掘进

根据既有地铁8号线地质情况，在下穿施工期间，采用气压辅助模式掘进，保证施工过程中达到如下效果：

（1）掘进效率高（掘进速度快、换刀次数少）；

（2）对刀具和刀盘磨损小；

（3）能有效避免刀盘结泥饼；

（4）盾构姿态能更好的控制；

（5）动力消耗小（推力增加小，扭矩大幅减小）；

（6）能有效控制失水沉降和超方沉降。

3.5 施工自动化监测

在下穿既有地铁8号线期间，对8号线明挖结构采用自动化监测，并对沉降数据及时分析、反馈，用科学数据指导盾构施工，同时加强信息报送，若出现异常情况，提高监测频率并采取相应措施。

表4 地表沉降监测成果表

图4 地表沉降监测成果曲线图

3.6 加强参建各方联动机制

在下穿既有地铁8号线前，建设单位、监理单位、地铁运营单位、施工单位共同制定一些列联动机制，如：（1）安排领导带班值班，管理监督现场施工，发生异常情况积极上报处理；（2）建立下穿施工联络群，及时反馈施工参数、异常情况等信息，在发生异常情况时，能第一时间进行有效的处理；（3）在地面安排专人进行24小时巡视，并按照次/半小时频率及时报送信息。

3.7 下穿施工前准备好应急物资、设备

在下穿既有地铁8号线前，根据施工应急预案和现场需要，提前进场应急物资、设备，包含注浆机、剪切泵、应急空压机、应急电源、水泥等。提前将设备安装、调试到位，做好操作安全技术交底，发生异常情况时，立即组织施工。

4 结论

在下穿地铁既有线施工过程中，合理设置推进参数，及时分析数据，加强同步注浆和二次注浆质量控制，加强厚浆注入质量管控，建立施工巡视和施工监测制度以及科学管理监督机制，能保证下穿施工安全、顺利，提高了施工效率，降低了施工成本。

参考文献

[1] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用.北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2] 张义同.高健.乔金丽.齐德瑄隧道盾构掘进土力学.66-67.天津：天津大学出版社，2010.10.

[3] 陈韶章.洪开荣.张弥.复合地层盾构设计概论.1-2.北京：人民交通出版社，2010.9.

收稿日期：2022年2月02日

作者简介：张明华（1987—），中级工程师

基金项目：无