盾構法施工對地表的變形規律與施工管控要點

吳一超

摘要：以深圳至惠州城際前海保稅區至坪地段工程為例，為確保施工質量、施工安全和施工進度，對盾構法施工對地表的變形規律影響進行分析，并提出了盾構掘進、壁后注漿、管片制作與拼裝、大坡度施工等一系列施工要點。以期為類似工程項目施工方案的制定以及盾構法施工工藝的優化提供幫助。

關鍵詞：盾構法施工；施工；沉降標準；地表建筑物

0? ?引言

在盾構法施工過程中，地表建筑物沉降的主要原因包括土體擾動、地下水流失和盾構機對土體的擠壓等。為了有效控制地表建筑物沉降，國內外學者已經開展了一系列研究，并制定了相應的沉降控制標準。

韓守程[1]引入Kerr地基模型，進行盾構施工對既有管線的變形影響分析，從更多角度得到了盾構施工對地下管線與構筑物的影響。馬浴陽[2]以某多重地質構造的隧道工程項目為例，分析盾構下穿施工時的沉降規律，并提出對應的工程項目施工沉降控制措施。單宇[3]以某富水砂層地質條件下的工程項目為例，對盾構施工穿越錨索區設計進行了研究。為深化盾構法在工程與相關領域內的推廣應用，本文以深圳至惠州城際前海保稅區至坪地段工程作為實例，開展盾構法施工要點研究。

1? ?盾構法施工對地表變形影響規律

盾構法作為一種現代化的地下工程建設方法，具有高效、安全、環保等優點，被廣泛應用于城市軌道交通、給排水管道等領域。然而，盾構法施工過程中的地表建筑物沉降問題一直是影響工程質量和安全的難題。因此研究此項施工技術對地表變形的影響規律，以此為依據規范盾構法施工措施，對于提高工程質量和安全具有重要意義。

盾構施工技術在工程項目中的應用，不可避免的會引起地表沉降等現象，甚至會在土方開挖的上部形成一個沉降槽，從而對土方周圍建筑物的安全性與穩定性造成負面影響。為確保工程的順利實施，需要掌握盾構法施工對地表的變形規律。在此過程中，引進Peck曲線，對沉降槽在不排水條件下的沉降曲線進行描述，計算公式如下：

式中：V代表沉降槽在不排水條件下的沉降曲線。S代表沉降值。在此基礎上，如周圍地層土質大多為粘性土質，可按照下述公式計算單位長度條件下地層的損失率。

式中：L代表單位長度條件下地層的損失率。D代表隧道直徑。整理上述公式，得到盾構施工中的豎向位移曲線表達式如下：

式中：S（x）代表盾構施工中的豎向位移曲線表達式。i代表位移矢量。e代表拉伸應變系數。

參照上述方式，整理可以得到盾構施工中的橫向位移曲線表達式，通過此種方式，掌握盾構法施工技術的應用對工程項目所在地地表沉降的影響。

2? ?工程概況

2.1? ?工程基本情況

深惠城際前海保稅區至惠城南段為2022年前啟動建設項目，線路走向由原珠三角城際網中的經惠城-惠陽-深圳的東線方案，調整為大灣區城際網中的經惠城-仲愷-深圳的西線方案，正線全長142.6km。本次研究的工程項目先開段位于坪地站-龍城站區間，屬于深圳市龍崗區。

龍城站-龍嶺工作井盾構段西起龍城站東端，區間隧道線間距11～17.6m。盾構隧道從龍嶺工作井出發后，經過兩個半徑為1300m的平面曲線，穿過田祖上水庫。經一個半徑為650m和一個半徑為800m的平面曲線向西南方向轉入碧新路地下敷設，后向西轉入盛龍路地下敷設，到達龍嶺工作井東端沿盛龍路地下敷設。小凈距到達龍城站東側接收端，左線全長為4748.8m，右線全長為4749.8m。

本區間隧道由兩個分離單洞組成，區間于DK51+615、DK52+115、DK52+615、DK53+076、DK53+576、DK53+982、DK54+550、DK55+050和DK55+432處，設置9座聯絡通道與1座廢水處理泵房，對應的泵房與聯絡通道在與工程業主方商議后，決定使用暗挖法進行施工。先開段全長4.81km，包含1座工作井和1個盾構區間。龍嶺工作井長度56.3m，結構寬35.28m，結構高19.2m，頂板覆土約2.4m。

本工程包含龍城站-龍嶺工作井1個盾構區間，盾構法施工長度為9507.081m，共投入2臺φ9140（刀盤開挖直徑）EPB+TBM雙模盾構機施工。本工程盾構法隧道具體概況詳見表1。

2.2? ?地質狀況

區間主要穿越微風化灰巖、中風化灰巖、強風化砂巖、中風化花崗巖、強風化花崗巖、粉質黏土。風化巖與殘積土：全線下伏基巖為加里東期混合花崗巖，風化巖與殘積土屬花崗巖風化殘積產物。具體工程地質情況及設計參數見表2。

本場地內地表水發育，地表水主要為水塘水及河塘水。線路在DK54+100～400處下穿田組上水庫，在DK52+750附近下穿龍溪河。基巖裂隙水賦存于全風化、土狀強風化、塊狀強風化砂巖、花崗巖風化裂隙中，為場地內的主要含水區域。

3? ?施工管控要點

3.1? ?盾構掘進

結合標段的地質條件，盾構始發段按土壓力平衡方式進行開挖，既能確保基坑周圍土體的穩定性，又能確保地面建筑及結構的安全。在正常推進階段，以120m試掘方式，掌握最優參數；通過對施工過程中的監控和不斷改進的技術措施，有效地控制了地表沉陷[4]。

盾構機的推進速率是由盾構推進力和刀盤轉速（轉矩）來實現的，而排土量主要是通過調節螺桿輸送機的轉速來實現的。在隧道開挖過程中，需要根據隧道的地質情況、卸壓渣土狀況、盾構各工作狀態參數等因素，對隧道開挖過程進行動態調整和優化[5]。

在正常施工階段，需要做到：熟悉地表狀況、盾構機推進路徑，掌握前方危險狀況；通過合理的操作參數，使土壓力、掘進速度、刀盤扭矩、螺桿鉆進速度等相互配合，確保不會出現超方或少超方現象；對巖層進行準確的判斷，并根據實際情況進行相應調整，從而保證了渣土質量滿足要求；在正常停機時，一定要在土倉中打1～2m3的膨潤土[6]。

盾構渣土卸完后，利用渣土分離器將每個渣土槽中的渣土分離，并將渣土運往深圳市相關部門指定的垃圾場[7]。自卸車應具有較好的密封性，防止渣土在運輸過程中撒漏。為應對突發事件（如交通、天氣等），在盾構始發區挖掘孔旁設置一處可儲存3天盾構作業量的棄渣庫，以防止盾構停止掘進。

3.2? ?壁后注漿

利用水泥漿進行注漿，可有效地防止地下水沖蝕。在施工過程中，根據地層條件、地下水條件和周圍環境條件，經現場試驗，合理選取混凝土配合比。單位體積漿液材料用量如表3所示。

在此基礎上，結合實際施工情況，通過添加促進劑、改變配合比等方法，對P·42.5普通硅酸鹽水泥在3～8h的膠凝時間進行調節。對強透水性地層及對早強要求的地段，可以通過現場試驗進一步調節配合比，或添加早強劑等措施，以縮短成膠時間。在盾構推進過程中，采用雙泵六管線（6個注水點）對稱同步注漿。圖1為同步注漿示意圖。

灌漿可按要求分為手動和自動兩種。采用自動化控制的方法，可對灌漿壓力進行預先設置，然后根據程序對灌漿速率進行自動調節，在灌漿壓力達到一定值后，自動終止灌漿。人工操作的方法是根據施工進度，通過人工調節注漿的流量、速度和壓力[8]。

3.3? ?管片拼裝

通常，按照從下往上的順序進行拼裝，并根據蓋層的位置來決定組裝的順序。該項目的盾構區間為8000mm的盾構區間，其楔形尺寸為40mm。每環管片由1個頂塊、2個相鄰塊和4個標準塊組合而成，采用錯縫拼裝的方法。管片拼裝流程如圖2所示。

拼裝前清理內圓弧并干燥處理，保證施工安全。在安裝管片時，在保證隧道線形前提下，須確保后緣間距滿足下一輪施工要求。保持盾尾間隙，避免與管片接觸導致破損。拼裝順序為由下至上，再到鄰近節段。蓋塊安裝前加油，按1/3標準塊角錯縫組裝。蓋層組裝時，先將蓋層長度徑向推起，再縱向插入。管片就位后，及時將推桿頂向管片，確保頂推力足夠。拼裝完畢后，立即擰緊接頭螺栓，出殼前再二次擰緊，卸下前三次擰緊。

3.4? ?大坡度施工

在進行大坡度施工時，嚴格控制隧道軸線與合理糾偏。當使用超挖刀裝置時，需嚴格控制超挖量。根據現場實際施工情況，適當增加線路外弧側注漿量，并選用體積變化小、早期強度高的注漿材料，以此有效抵抗管片的偏移。合理設置測站位置及測量邊長度，提高測量頻率，避免由于測站位置及測量誤差導致的軸線誤差。加強檢查臺車及軌道安裝完好性，及時復緊鋼軌連接螺栓，防止后配套脫軌，必要時需增加防后配套傾覆措施。

嚴格控制盾尾間隙，避免盾尾間隙過小造成管片錯臺。提高管片拼裝手的水平，避免拼裝產生錯臺。加強螺栓復緊工作，有效防止管片錯臺。提前做好水平運輸設備的選型工作，確保車輛具備防溜車制動裝置。管片壁后注漿采用收縮率小、早期強度高的注漿材料，控制注漿對管片移位、錯臺等影響。

4? ?結束語

本文以深圳至惠州城際前海保稅區至坪地段工程為例，為確保施工質量、施工安全和施工進度，對盾構法施工對地表的變形規律影響進行分析，并提出了盾構掘進、壁后注漿、管片制作與拼裝、大坡度施工等一系列施工要點。以期為類似工程項目施工方案的制定以及盾構法施工工藝的優化提供幫助。

本文的研究成果，對于優化盾構法施工工藝、提高地表建筑物沉降控制水平具有重要意義。然而，本研究仍存在一定的局限性，例如未能全面考慮氣候、環境等因素對沉降的影響等。未來的研究可以更加深入地探討這些因素，提出更加精確、全面的控制標準和方法。

參考文獻

[1] 韓守程，鄭康龍，王獻明，等.基于Kerr地基模型盾構隧道施工對既有管線變形影響的簡化算法[J].工程建設與設計，2023（12）：73-75.

[2] 馬浴陽.多重地質構造復雜型隧道盾構下穿既有隧道沉降規律及控制應用[J].建筑機械，2023（5）：29-36+41.

[3] 單宇.富水砂層地質條件盾構穿越密集錨索區域施工質量控制[J].建筑技術開發，2023，50（4）：143-145.

[4] 盧靖，周文波，胡珉.盾構法隧道施工地表變形階段控制目標規劃及其在盾構自主駕駛中的應用[J].隧道建設（中英文），2023，43（3）：486-495.

[5] 邱婧，童建紅，王國林.市政工程隧道大角度斜向上跨既有地鐵盾構隧道施工方法比選及優化[J].城市軌道交通研究，2022，（S2）：79-85+92.

[6] 李移山.淺談監理在盾構施工中的關鍵作用：以某軌道交通工程為例[J].建設監理，2022，（12）：28-31+48.

[7] 范奇，張天奇.盾構法重疊隧道施工過程中施工順序及施工間隔對土體變形的影響研究[J].天津大學學報（自然科學與工程技術版），2022，55（12）：1318-1328.

[8] 韓超，秘金衛，齊陽，等.青島某隧道盾構法與礦山法施工交界處圍巖快速加固方法與應用[J].工程勘察，2023，51（4）：7-11+30.