富水砂卵石地層盾構始發引起地面沉降變形分析

王 鵬 劉玉勇 姚曉明

(中鐵西南科學研究院有限公司，四川 成都 611731)

富水砂卵石地層盾構始發引起地面沉降變形分析

王 鵬 劉玉勇 姚曉明

(中鐵西南科學研究院有限公司，四川 成都 611731)

始發作為盾構工法的關鍵工序，處理不當會直接關系到周邊建筑及施工的安全，始發階段施工的成敗將直接影響到工程的質量、進度、安全以及經濟效益。通過分析三個盾構區間始發階段施工引起地面沉降的實測數據，研究了不同階段的地面沉降過程及其分布規律，得出了相關結論和建議，可供類似地層盾構始發階段安全施工參考。

土壓盾構，始發階段，地面沉降，安全施工

0 引言

隨著經濟的發展和城市人口的急劇增加，地面交通越來越不堪重負，于是人們把目光投向綠色環保、方便快捷的城市軌道交通——地鐵和輕軌。地鐵施工技術也在朝著科技、人性化的方向發展，盾構法越來越多地被國內地鐵界所接受，目前我國各大城市修建地鐵都在采用這種方法施工。

同其他施工方法一樣，由施工引起的地面沉降是盾構法施工的一個重要問題，尤其是始發階段的地面沉降，盡管圍繞這一問題目前已做了不少的研究工作，但由于地質條件的復雜多變及施工條件的不同，使得各個研究成果都具一定的局限性。

本文以成都富水砂卵石地層三個土壓盾構區間(三臺盾構機)始發階段施工為工程背景，分析盾構施工中引起地表的沉降及其形成原因，通過對實測數據分析研究，為今后類似工程提供參考。

1 工程概況

2 監測情況及分析

成都地鐵某三個盾構區間的三臺盾構機分別為5號、7號、10號，根據地表沉降的監測情況，沉降最大累計值均發生在盾構區間中線位置，5號、7號、10號盾構機的中線地表沉降監測情況分析如下。

2.1 5號盾構機

盾構區間左線長878.324 m，里程ZDK19+954.50～ZDK20+816.800；右線長862.299 m，里程YDK19+954.50～YDK20+816.799。盾構穿越地段的地質基本為密實砂卵石(②-9-3,③-8-3)地層，埋深在9.7 m～15.5 m之間。

1)第一階段(磨合期)。始發至里程DBZ20+028階段(73 m)，典型時態曲線見圖1(2014年～2015年)。

a.個別監測數據累計值超出30 mm(測點DBZ19980)，大部分在30 mm以內；b.監測數據累計值之間相差較大，主要原因是此階段屬于盾構始發磨合階段，走走停停，針對不同位置的變形情況進行了注漿處理。

2)第二階段(調整期)。里程ZDK20+028～ZDK20+128(100 m)，典型時態曲線見圖2。

a.個別監測數據累計值超出30 mm(測點DBZ20098，DBZ20103)，大部分在30 mm以內；b.數據突變階段主要發生在盾尾脫出后24 h，因此刀盤切入～盾尾脫出后24 h這段時間是施工和監測工作的重中之重；c.這段為盾構磨合調整階段，整體監測數據累計值均較大，單日變形量超限大部分位于盾尾脫出后，通過注漿、調整掘進參數，后續速率變小，沉降累計時態曲線較符合沉降變形規律；d.通過及時的數據異常提示和施工對比分析，施工單位采取及時的處理措施，根據后續的數據曲線變化情況，可以實現信息化施工，降低地面塌坑風險。

3)第三階段(預注漿加固地段)。里程ZDK20+125～ZDK20+225(100 m)，典型時態曲線見圖3。

此段施工單位提前采取了地表預加固處理措施，盾構正通過加固區，地表沉降累計值均小于上一階段，但后續沉降并未趨于穩定，盾尾脫出后的沉降突變階段不明顯，但沉降穩定時間較長，并不排除地下存在空洞的情況。

4)現階段(正常路段)。里程ZDK20+228～ZDK20+430(202 m)，典型時態曲線見圖4。

此階段盾構已過了加固區，正常路段掘進，地表沉降累計值較小，沉降趨于穩定時間較短。

2.2 7號盾構機

盾構區間左線長1 165.243 m，里程ZDK22+074.200～ZDK23+245.125；右線長1 170.925 m，里程YDK22+074.200～YDK23+245.125。盾構穿越地段的地質基本為中密和密實砂卵石②-9-2,②-9-3,③-8-3地層，埋深14 m～20 m左右。

1)第一階段(始發至停機換刀)。

里程DK22+077～DK22+155(78 m)，典型時態曲線見圖5。

a.累計值均未超出30 mm；b.數據突變階段主要發生在刀盤切入～盾尾脫出后24 h，沉降值占累計值60%左右甚至更大，因此刀盤切入～盾尾脫出后24 h這段時間是施工和監測工作的重中之重;c.從目前監測數據可以看出，從刀盤切入～盾尾脫出的變量大部分超過5 mm；盡管盾尾脫出后沉降變量較大，在及時注漿(個別存在空洞回填混凝土)的情況下，后續沉降曲線趨于穩定(個別有隆起現象)。

2)第二階段(停機換刀至里程ZDK22+410)。里程DK22+155～DK22+410，典型時態曲線見圖6。

這段為停機換刀后重新掘進至里程ZDK22+410的位置，這段的累計值明顯要小于上一階段，截止到目前累計值10 mm左右，從刀盤切入～盾尾脫出的變量大部分小于5 mm。

3)現階段(里程ZDK22+410～ZDK22+675)。里程DK22+410～DK22+675，典型時態曲線見圖7(2015年)。

a.大部分測點累計值均未超出30 mm；b.盾構停機后重新掘進，地層再次擾動以及多出土導致部分綠化帶內的測點(DBZ22415，DBZ22420，DBZ22520，DBZ22610)累計值較大，經過洞內外注漿處理，后續監測數據較穩定。

2.3 10號盾構機

盾構區間左線長2 133.178 m，里程ZDK24+988.200～ZDK27+147.500；右線長2 129.370 m，里程YDK24+988.200～YDK27+147.500。盾構穿越地段的地質基本為密實卵石土②-9-3,③-8-3地層，埋深8.8 m～20 m左右。

1)第一階段(始發至盾構刀盤被卡前)。里程YDK24+988～YDK25+180(192 m)，典型時態曲線見圖8。累計值均小于30 mm(除了DBY25120)，盾尾脫出后沉降變量較大，在及時注漿的情況下，后續沉降曲線趨于穩定。2)第二階段(盾構刀盤被卡后至里程YCK25+305)。里程YDK25+180～YDK25+305(192 m)，典型時態曲線見圖9。a.受兩次脫困影響，部分測點累計沉降值很大并發生地面塌陷情況；b.施工方采取回填混凝土、開倉檢查和加設降水井等措施，脫困成功后，后續監測累計值較小。

2.4 5號和7號盾構監測對比分析

1)第一階段。a.均為始發磨合階段(73 m和78 m)；b.5號盾構的第一階段個別測點累計值超30 mm(測點DBZ19980，-41.64 mm)，其余在30 mm以內；7號盾構的第一階段累計值均在30 mm以內；c.5號盾構的第一階段和7號盾構的第一階段的盾尾脫出后單次變形量均較大，部分超出5 mm。

2)5號盾構第二階段、第三階段和7號盾構的第二階段。a.均為調整階段；b.5號盾構的第二階段累計值較大，部分超出30 mm，第三階段通過加固段后，累計值變小，均未超出20 mm；7號盾構的第二階段累計值較小，均未超出20 mm；c.5號盾構的第二階段盾尾脫出后部分單次變形量超出5 mm；7號盾構的第二階段盾尾脫出后大部分單次變形量小于5 mm。

3)現階段。a.均為在正常路段掘進；b.5號盾構現階段的地表沉降累計值較小，均未超出20 mm，沉降趨于穩定時間較短；7號盾構現階段受重新掘進、地層再次擾動以及多出土的影響，個別測點超出30 mm。

3 結論及建議

根據5號、7號、10號盾構機監測情況和幾個階段監測分析，結合典型數據曲線和對比分析，有幾點結論和建議供參考。

1)盾構穿越中密至密實砂卵石層，截止到目前的大部分沉降累計值均未超過30 mm，其中累計值較大階段均發生在始發、停機換刀、刀盤被卡、多出渣和盾尾脫出等階段，并存在預警和多次的數據異常提醒，這一階段也進行了不同程度的回填和注漿處理，后續數據變形較小(反之若處理不及時，累計值有可能超出30 mm并存在路面坍塌的風險)。建議在這種地層和埋深下，累計控制值30 mm、預警值20 mm較可行。

2)數據突變階段主要發生在刀盤切入～盾尾脫出后24 h這段時間，單次變形量大部分超出5 mm，部分掘進參數正常和施工措施得當時單次變形量小于5 mm(如7號盾構的第二階段盾尾脫出)，建議盾尾脫出后第一次單變量控制在5 mm～8 mm，加密監測后第二次單變量控制在5 mm以內，因此這段時間是施工和監測工作的重中之重。

3)盾構掘進過程中影響安全的因素較復雜，既有盾構掘進過程中參數的控制和跟蹤配套措施的影響，又有外部地層各種不確定性因素(包括地下水、空洞、管線等)的影響，尤其是成都這種富水砂卵石地層的密實程度和塊體大小不均情況，因此監控量測作為信息化施工手段，通過參考監測控制值發出提示和預警，加強后續的監測和巡視工作，更需要各方加強溝通和配合，通過監測數據和施工情況的綜合分析，把施工的安全風險降到最低。

[1] 王建宇.隧道工程監測和信息化設計原理[M].北京：中國鐵道出版社，1990.

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[7] 富水砂卵石地層地鐵區間隧道盾構法施工管理規程[S].

Sandy pebble watery stratum shield originating cause land subsidence deformation is analysed

Wang Peng Liu Yuyong Yao Xiaoming

(SouthwestResearchInstituteofChinaRailwayEngineeringCompanyLimited,Chengdu611731,China)

Originating as the key working procedure of shield method, improper handling will be directly related to the surrounding buildings and the safety of construction, initial stage construction success or failure will directly affect the project quality, progress, safety and economic benefits. By analyzing the three stages of shield interval starting construction land subsidence caused by the measured data, studied the various stages of the ground subsidence process and its distribution, it is concluded that the relevant conclusions and recommendations, to provide a reference for the similar strata shield initial stage construction.

earth pressure shield, initial stage, the surface subsidence, safe construction

2015-04-07

王 鵬(1989- )，男，助理工程師； 劉玉勇(1980- )，男，高級工程師； 姚曉明(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)17-0173-03

U457.2

A