富水砂卵石地层盾构始发引起地面沉降变形分析

王 鹏 刘玉勇 姚晓明

(中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 611731)

富水砂卵石地层盾构始发引起地面沉降变形分析

王 鹏 刘玉勇 姚晓明

(中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 611731)

始发作为盾构工法的关键工序，处理不当会直接关系到周边建筑及施工的安全，始发阶段施工的成败将直接影响到工程的质量、进度、安全以及经济效益。通过分析三个盾构区间始发阶段施工引起地面沉降的实测数据，研究了不同阶段的地面沉降过程及其分布规律，得出了相关结论和建议，可供类似地层盾构始发阶段安全施工参考。

土压盾构，始发阶段，地面沉降，安全施工

0 引言

随着经济的发展和城市人口的急剧增加，地面交通越来越不堪重负，于是人们把目光投向绿色环保、方便快捷的城市轨道交通——地铁和轻轨。地铁施工技术也在朝着科技、人性化的方向发展，盾构法越来越多地被国内地铁界所接受，目前我国各大城市修建地铁都在采用这种方法施工。

同其他施工方法一样，由施工引起的地面沉降是盾构法施工的一个重要问题，尤其是始发阶段的地面沉降，尽管围绕这一问题目前已做了不少的研究工作，但由于地质条件的复杂多变及施工条件的不同，使得各个研究成果都具一定的局限性。

本文以成都富水砂卵石地层三个土压盾构区间(三台盾构机)始发阶段施工为工程背景，分析盾构施工中引起地表的沉降及其形成原因，通过对实测数据分析研究，为今后类似工程提供参考。

1 工程概况

2 监测情况及分析

成都地铁某三个盾构区间的三台盾构机分别为5号、7号、10号，根据地表沉降的监测情况，沉降最大累计值均发生在盾构区间中线位置，5号、7号、10号盾构机的中线地表沉降监测情况分析如下。

2.1 5号盾构机

盾构区间左线长878.324 m，里程ZDK19+954.50～ZDK20+816.800；右线长862.299 m，里程YDK19+954.50～YDK20+816.799。盾构穿越地段的地质基本为密实砂卵石(②-9-3,③-8-3)地层，埋深在9.7 m～15.5 m之间。

1)第一阶段(磨合期)。始发至里程DBZ20+028阶段(73 m)，典型时态曲线见图1(2014年～2015年)。

a.个别监测数据累计值超出30 mm(测点DBZ19980)，大部分在30 mm以内；b.监测数据累计值之间相差较大，主要原因是此阶段属于盾构始发磨合阶段，走走停停，针对不同位置的变形情况进行了注浆处理。

2)第二阶段(调整期)。里程ZDK20+028～ZDK20+128(100 m)，典型时态曲线见图2。

a.个别监测数据累计值超出30 mm(测点DBZ20098，DBZ20103)，大部分在30 mm以内；b.数据突变阶段主要发生在盾尾脱出后24 h，因此刀盘切入～盾尾脱出后24 h这段时间是施工和监测工作的重中之重；c.这段为盾构磨合调整阶段，整体监测数据累计值均较大，单日变形量超限大部分位于盾尾脱出后，通过注浆、调整掘进参数，后续速率变小，沉降累计时态曲线较符合沉降变形规律；d.通过及时的数据异常提示和施工对比分析，施工单位采取及时的处理措施，根据后续的数据曲线变化情况，可以实现信息化施工，降低地面塌坑风险。

3)第三阶段(预注浆加固地段)。里程ZDK20+125～ZDK20+225(100 m)，典型时态曲线见图3。

此段施工单位提前采取了地表预加固处理措施，盾构正通过加固区，地表沉降累计值均小于上一阶段，但后续沉降并未趋于稳定，盾尾脱出后的沉降突变阶段不明显，但沉降稳定时间较长，并不排除地下存在空洞的情况。

4)现阶段(正常路段)。里程ZDK20+228～ZDK20+430(202 m)，典型时态曲线见图4。

此阶段盾构已过了加固区，正常路段掘进，地表沉降累计值较小，沉降趋于稳定时间较短。

2.2 7号盾构机

盾构区间左线长1 165.243 m，里程ZDK22+074.200～ZDK23+245.125；右线长1 170.925 m，里程YDK22+074.200～YDK23+245.125。盾构穿越地段的地质基本为中密和密实砂卵石②-9-2,②-9-3,③-8-3地层，埋深14 m～20 m左右。

1)第一阶段(始发至停机换刀)。

里程DK22+077～DK22+155(78 m)，典型时态曲线见图5。

a.累计值均未超出30 mm；b.数据突变阶段主要发生在刀盘切入～盾尾脱出后24 h，沉降值占累计值60%左右甚至更大，因此刀盘切入～盾尾脱出后24 h这段时间是施工和监测工作的重中之重;c.从目前监测数据可以看出，从刀盘切入～盾尾脱出的变量大部分超过5 mm；尽管盾尾脱出后沉降变量较大，在及时注浆(个别存在空洞回填混凝土)的情况下，后续沉降曲线趋于稳定(个别有隆起现象)。

2)第二阶段(停机换刀至里程ZDK22+410)。里程DK22+155～DK22+410，典型时态曲线见图6。

这段为停机换刀后重新掘进至里程ZDK22+410的位置，这段的累计值明显要小于上一阶段，截止到目前累计值10 mm左右，从刀盘切入～盾尾脱出的变量大部分小于5 mm。

3)现阶段(里程ZDK22+410～ZDK22+675)。里程DK22+410～DK22+675，典型时态曲线见图7(2015年)。

a.大部分测点累计值均未超出30 mm；b.盾构停机后重新掘进，地层再次扰动以及多出土导致部分绿化带内的测点(DBZ22415，DBZ22420，DBZ22520，DBZ22610)累计值较大，经过洞内外注浆处理，后续监测数据较稳定。

2.3 10号盾构机

盾构区间左线长2 133.178 m，里程ZDK24+988.200～ZDK27+147.500；右线长2 129.370 m，里程YDK24+988.200～YDK27+147.500。盾构穿越地段的地质基本为密实卵石土②-9-3,③-8-3地层，埋深8.8 m～20 m左右。

1)第一阶段(始发至盾构刀盘被卡前)。里程YDK24+988～YDK25+180(192 m)，典型时态曲线见图8。累计值均小于30 mm(除了DBY25120)，盾尾脱出后沉降变量较大，在及时注浆的情况下，后续沉降曲线趋于稳定。2)第二阶段(盾构刀盘被卡后至里程YCK25+305)。里程YDK25+180～YDK25+305(192 m)，典型时态曲线见图9。a.受两次脱困影响，部分测点累计沉降值很大并发生地面塌陷情况；b.施工方采取回填混凝土、开仓检查和加设降水井等措施，脱困成功后，后续监测累计值较小。

2.4 5号和7号盾构监测对比分析

1)第一阶段。a.均为始发磨合阶段(73 m和78 m)；b.5号盾构的第一阶段个别测点累计值超30 mm(测点DBZ19980，-41.64 mm)，其余在30 mm以内；7号盾构的第一阶段累计值均在30 mm以内；c.5号盾构的第一阶段和7号盾构的第一阶段的盾尾脱出后单次变形量均较大，部分超出5 mm。

2)5号盾构第二阶段、第三阶段和7号盾构的第二阶段。a.均为调整阶段；b.5号盾构的第二阶段累计值较大，部分超出30 mm，第三阶段通过加固段后，累计值变小，均未超出20 mm；7号盾构的第二阶段累计值较小，均未超出20 mm；c.5号盾构的第二阶段盾尾脱出后部分单次变形量超出5 mm；7号盾构的第二阶段盾尾脱出后大部分单次变形量小于5 mm。

3)现阶段。a.均为在正常路段掘进；b.5号盾构现阶段的地表沉降累计值较小，均未超出20 mm，沉降趋于稳定时间较短；7号盾构现阶段受重新掘进、地层再次扰动以及多出土的影响，个别测点超出30 mm。

3 结论及建议

根据5号、7号、10号盾构机监测情况和几个阶段监测分析，结合典型数据曲线和对比分析，有几点结论和建议供参考。

1)盾构穿越中密至密实砂卵石层，截止到目前的大部分沉降累计值均未超过30 mm，其中累计值较大阶段均发生在始发、停机换刀、刀盘被卡、多出渣和盾尾脱出等阶段，并存在预警和多次的数据异常提醒，这一阶段也进行了不同程度的回填和注浆处理，后续数据变形较小(反之若处理不及时，累计值有可能超出30 mm并存在路面坍塌的风险)。建议在这种地层和埋深下，累计控制值30 mm、预警值20 mm较可行。

2)数据突变阶段主要发生在刀盘切入～盾尾脱出后24 h这段时间，单次变形量大部分超出5 mm，部分掘进参数正常和施工措施得当时单次变形量小于5 mm(如7号盾构的第二阶段盾尾脱出)，建议盾尾脱出后第一次单变量控制在5 mm～8 mm，加密监测后第二次单变量控制在5 mm以内，因此这段时间是施工和监测工作的重中之重。

3)盾构掘进过程中影响安全的因素较复杂，既有盾构掘进过程中参数的控制和跟踪配套措施的影响，又有外部地层各种不确定性因素(包括地下水、空洞、管线等)的影响，尤其是成都这种富水砂卵石地层的密实程度和块体大小不均情况，因此监控量测作为信息化施工手段，通过参考监测控制值发出提示和预警，加强后续的监测和巡视工作，更需要各方加强沟通和配合，通过监测数据和施工情况的综合分析，把施工的安全风险降到最低。

[1] 王建宇.隧道工程监测和信息化设计原理[M].北京：中国铁道出版社，1990.

[2] 王建宇.隧道工程的技术进步[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[3] 金 淮.城市轨道交通工程监测理论与技术实践[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[4] 张庆贺.地铁与轻轨[M].北京：人民交通出版社，2006.

[5] GB 50446—2008，盾构法隧道施工与验收规范[S].

[6] 冯 剑.富水砂卵石地层盾构施工引起空洞的机理及对策研究[D].成都：西南交通大学硕士论文，2010.

[7] 富水砂卵石地层地铁区间隧道盾构法施工管理规程[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 鹏(1989- )，男，助理工程师； 刘玉勇(1980- )，男，高级工程师； 姚晓明(1984- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)17-0173-03

U457.2

A