盾构法施工-施工地层变形控制措施

盾构法施工地层变形控制措施

一近接施工与近接施工管理

（1） 新建盾构隧道穿越或邻近既有地下管线，交通设施，建（构）筑物（以下简称既有结构物）的施工被称为近接施工。在城市中近接施工不可避免，且随着地下空间的开发利用会日益增多。因此，盾构施工必须考虑控制影响区域的地层变形，采取有效的既有结构物保护措施。

（2） 近接施工管理：盾构近接施工会引发地层变形，对既有结构物会造成不同程度的有害影响；因此有必要采取系统性措施控制地层变形以保护既有结构物，首先，应详细调查工程条件，地质条件，环境条件（有既有结构物现况与安全要求），在调查的基础上进行分析与预测，制定防护措施；其次，制定专项施工方案；最后，施工过程中通过监控量测反馈指导施工而确保既有结构物安全。

二 地层变形与既有结构物变位与变形

（一） 地层变形原因和阶段

（1） 盾构掘进时，引起地层变形的主要原因大致有以下几个：

1） 开挖面的土，水压力与盾构压力仓压力不均衡，引起前方地表沉降或隆起。

2） 由于墩壳摩擦和曲线推进及纠偏对围岩产生扰动，引起地层沉降或隆起。

3） 壁后同步注浆不及时或不充分，导致盾尾空隙的发生，引起地层沉降。

4） 由于接头螺栓紧固不足等原因引起一次衬砌的变形及变位，从而增大地层下沉。

5） 开挖或衬砌渗漏导致地下水位下降，引起地层固结沉降。

一般情况下，盾构推进诱发的地层变形是上述诸原因引起的地层隆起或下沉的重叠效果。

（2） 盾构施工引起地层某一断面的变形一时间曲线划分为5个阶段：

第一阶段：发生在盾构到达该断面之前。对于砂质土，先期沉降是由地下水位下降引起的；软弱黏性土的先期沉降则是由于开挖面的过量取土而引起的。

第二阶段：盾构通过该断面前，若盾构控制土压（泥土压）不足或过大，由于开挖面土体变形引起地层沉降或隆起。

第三阶段：发生在盾构通过该断面时，由于超挖，纠偏，盾构外周与周围土体的摩擦等原因而发生地层沉降或隆起。

第四阶段：盾构通过该断面后产生的变形，是由于盾尾空隙的出现引起应力释放或壁后注浆压力过大而产生的，盾构施工引起的地层沉降变形中的大部分都是这类变形。

第五阶段：盾构通过该断面后长时间内仍然持续发生的沉降变形，主要由于盾构掘进造成的地层扰动，松弛等引起，在软弱黏性土层中施工表现最为明显，而在砂性土或密实的硬粘性土中施工基本不发生。

（3） 盾构施工引起的地层变形大小与地层条件和覆土比（覆土厚度与盾构直径比）等因素有关。洪积性地层和冲积性砂质土时，地层变形量在传递地表的过程中减少；冲积性黏性土正相反，盾构通过后，下沉还长时间继续，即使覆土比大，最终地表下沉与地中下沉一样。在软土地层施工中，往往用地层损失率来控制盾构施工的效果。

三盾构掘进地层变形控制措施

由于盾构掘进引起地层变形的原因不同，各阶段的机理也不相同，因此必须有针对性地采取控制措施。

（1） 防止开挖面的土压力不均衡引起变形的措施：

土压平衡盾构可通过调整推进速度与螺旋出土器的转速，使压力舱压力与开挖面土水压力相对应。另外，根据需要注入适当的添加剂增加开挖土体的塑流性。

泥水加压盾构可根据开挖面土层的透水性来调整泥浆特性，并仔细进行泥浆管理，使压力舱压力始终对于开挖面的土水压力。实施这些开挖面稳定管理的同时，还应根据需要研究相应的辅助施工方法以保证围岩的稳定。

（2） 减少盾构穿越过程中围岩变形的措施：控制好盾构姿态，避免不必要的纠偏作业。出现偏差时，应本着‘勤纠，少纠，适度’的原则操作。纠偏时或曲线掘进时需要超挖，应合理确定超挖半径与超挖范围，尽可能减少超挖。土压平衡盾构在软弱或松散地层掘进时，盾构外周与周围土体的黏滞阻力或摩擦力较大时，应采取减阻措施。

（3） 减少盾尾脱出导致地层变形的措施：用同步注浆方式，及时填充尾部空隙，根据地质条件，工程条件等因素，合理选择单液注浆或双液注浆，正确选用注浆材料与配合比，以便及时稳定住拼装好的衬砌结构；加强注浆量与注浆压力控制；及时进行二次注浆。

（4） 防止衬砌引起变形的措施：为了防止管片环变形，必须使用形状保持装置等来确保管片组装精度，同时充分紧固接头螺栓。

（5） 防止开挖或衬砌渗漏导致地下水位下降的措施：为了防止从管片接头，壁后注浆孔等部位漏水，必须精细地进行管片组装及防水作业。

四地层变形的预测和施工监测

（1） 为了减少地层变形，推进前应根据过去的施工经验和有限单元法等进行预测，以预测结果为依据设定土仓压力或泥水仓压力管理基准值。同时，在推进时，要在隧道中心线上及其两侧范围内设定变形监测点，根据变形监测结果适时地调整管理基准值。这一过程在盾构掘进施工管理中是很重要的。

（2） 地面和隧道内监测点宜在同一断面布设；盾构通过后，处于同一断面内监测数据应同步采集，并应收集同期盾构掘进参数。

（3） 施工监测项目应符合规定。当穿越水域，建（构）筑物及其他有特殊要求地段时，应根据设计要求确定。

（4） 竖向位移监测可采用水准测量方法，水准基点应埋设在变形影响范围外，且不得少于3个，水平位移监测可采用边角测量或卫星定位等方法，并应建立水平位移监测控制网，水平位移监测控制点宜采用具有强制对中装置的观测墩和照准装置；当采用物理传感器监测时，传感器埋设应符合仪器埋设规定和监测方案的规定；当竖向位移监测采用静力水准测量方法时，静力水准的埋设，连接，观测，数据处理等应符合国家现行相关标准要求，测量精度应与水准测量要求相同。