盾构隧道开挖过程中地层变形与沉降控制研究

第２２卷第３期　２０１２年９月　湖南工程学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．２２．Ｎｏ．３　

风化砂质泥岩地层地铁盾构施工引起地面　

沉降及其控制　

叶晨峰　，阳生权　，彭进宝　

（１．湖南科技大学土木工程学院，湘潭４１１２０１；　２．土木工程施工过程与质量安全控制湖南省普通高等学校重点实验室，湘潭４１１２０１）　

摘要：以重庆市轨道交通六号线二期复合式ＴＢＭ试验段（茶园段）区间地铁盾构施工工程为依托，　

通过现场监测及其结果的比对分析，结合地面沉降的经验公式，得到在风化砂质泥岩非软土地层地铁盾　

构施工的注浆量和稳定比的控制建议值，该控制范围可为类似工程提供借鉴和参考．　

关键词：地铁；盾构法施工；地面沉降；稳定比；注浆量　

中图分类号：ＴＵ４１１．８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—１１９Ｘ（２０１２）０３—００８２—０３　

０　引　言　

地下工程施工引起的地表变形是城市地铁盾构　

施工中的一个重要问题，国内对在软土地层中地铁　

开挖的地面沉降控制已经有了比较深入的研　

究［１　］．随着西部地区地铁建设的加快，以及地域特　

征和相应盾构技术的逐渐成熟，在风化砂质泥岩等　

非软土地层中进行盾构施工势在必行．由于盾构开　

挖对地表产生扰动影响，所以控制地面沉降是安全　

施工的关键问题．在掌子面掘进时有效控制地面沉　

降，并寻求其控制因素的定量关系极其重要．由于在　

非软土地层与软土层盾构施工引起的扰动有所不　

同，因此，加强对在非软岩地层中盾构施工的研究显　

得十分迫切．　

本文以重庆轨道交通六号线二期ＴＢＭ施工茶　

园段区间地铁工程为工程背景，通过现场大量的监　

测数据的比较，结合地面沉降的经验公式，得到在风　

化砂质泥岩地层进行盾构施工的注浆量和稳定比的　

控制范围，可以为类似工程的施工提供借鉴和参考．　前期沉降通常是由开挖过程中各种施工因素引　

起，多为不排水沉降，因此前期沉降阶段地层运动可　

盾构施工地表塌陷原因分析及处理措施

作者：李建强

来源：《城市建设理论研究》2014年第37期

摘要：近年来，伴随着我国盾构施工的不断增加，虽然使我国在一定程度上受益匪浅，但在带来便捷的同时又暴露出很多问题，其中最重要的问题就是在盾构施工过程中地表塌陷问题。所以对于盾构施工地表塌陷问题的控制与预防显得尤为重要，目前我国地表的大型建筑物不断剧增，对于建筑物或构造物沉降控制要就较为严格，所以对于如何控制盾构施工地表塌陷是我国长期的一个重要工作。

关键词：盾构；施工；地表塌陷；分析；措施

中图分类号：TU74文献标识码： A

伴随我国社会经济的迅速发展，城市化水平的逐渐提升，我国的交通事业也越来越重要，城市轨道交通的速度较快、运量较大且安全等优点都使得城市交通备受居民的青睐。但在城市盾构施工过程中，势必会对生活中的周围环境造成影响，最为严重的就是施工地表的塌陷问题，因此要对盾构施工过程中的地表塌陷问题制定出合理可实行的方案，进行处理。

一、盾构施工地表塌陷的原因

（一）水、土压力的不均衡

盾构施工中水、土压力的不平衡主要体现在，泥水与土压式盾构。由于推进量与排土量不等的原因，开挖面水压力、土压力与压力舱压力产生不均衡，致使开挖面失去平衡状态，从而发生地基变形。造成地表塌陷。

（二）推进施工中围岩的干扰松动

在盾构施工过程中的推进施工中，由于盾构的壳板与围岩之间不断产生摩擦，从而导致了围岩的扰动，致使地基不断下沉。特别是蛇行修正和曲线推进时引起的超挖，是产生围岩松动的主要原因。

（三）盾尾产生空隙以及壁后的注浆不足

由于盾构施工中盾尾产生空隙，使得盾壳支撑的围岩朝着尾部变形而使地基向下塌陷，这是由应力释放引起的弹塑性变形。地基下沉的大小受壁后注浆材料材质及注入时间、位置、压力、数量等影响。另外，黏性土地基中的壁后注浆压力过大是引起临时性地基隆起的主要原因。 （四）衬砌导致的变形和位移

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精品文档 摘要：盾构法是软土地区地下隧道施工的一种常用工法，但对于盾构推进过程中引起软土地层移动和地表沉降的原因及机理，人们还缺乏足够的认识和工程实践经验积累，有待进一步深入研究。为此，以杭州地铁 1 号线某区间地铁隧道开挖为例，利用三维非线性有限元软件对地铁盾构隧道施工开挖过程进行数值模拟与分析，得到隧道开挖引起隧道周围土体移动和地表沉降曲线，分析了隧道地表沉降沿横向分布随盾构推进的变化规律、地表沉降沿纵向分布随盾构推进的变化规律和不同深度处地层的沉降变化规律。所得结论对软土地区地铁隧道设计与施工有一定的参考价值。

关键词：软土；地铁隧道；盾构法；地表沉降；有限元法

0引言

在城市地铁隧道施工过程中，盾构法因具有速度快、精度高、自动化控制能力强等方面的优点而得到广泛的应用，特别是在沿海软土地区，隧道开挖基本上都是采用盾构法进行施工。然而，隧道施工是在岩土体内部进行的，会不可避免地扰动隧道周围土体。因此，盾构法施工不能完全防止隧道四周一定范围内岩土体发生松动、变形和移动[1]。当地层变形超过一定范围时，会严重危及邻近建筑物的安全，引起一系列环境岩土工程问题[2-3]。种种隧道开挖事故表明：隧道开挖产生的地表沉降会对周边及邻近建(构)筑物造成较大的危害，轻则开裂，重则倒塌[4-5]。因此，探讨修建地铁隧道对周围建（构）筑物沉降变形的影响，分析引起地表沉降的影响因素及变化规律具有重要的现实意义。基于此，本文拟采用三维非线性有限元软件Adina 8.5对杭州地铁1号线某区间隧道进行施工开挖模拟，分析其地表沉降沿横向分布随盾构开挖推进过程的变化情况、地表沉降沿纵向分布随盾构开挖推进过程的变化规律以及不同深度处地层的沉降变化情况，以期对类似地质条件下工程建筑物的保护、优化施工等提供参考。

1工程概况

该在建的汽车城站—世纪大道站区间隧道，位于杭州市余杭区临平镇，属于杭州市地铁 1 号线标段Ⅲ的一部分。该隧道自汽车城站向北，沿迎宾路西侧至世纪大道站，区间线路长 1031 m。

盾构掘进中地面和　－－Ｌ－－１ｒ三：；，　ｌ　

地层变形分析与控制方法　于宝疆吴江滨陈雪晶　摘要：结合北京地铁５号线１　７标段的工程实践，通过地层变形特点　和原因分析，提出盾构施工过程中控制地层变形的措施。　关键词：盾构；地面变形；掘进参数；控制措施；信息化施工　北京地铁在５号线施工中首次　采用盾构法进行地铁区间隧道的掘　进，下穿城市中心区域，在这些区域　中有很多老旧城区和中心商业区，　对于地层变形和地面沉降的控制要　求极为严格，因此很有必要对盾构　掘进过程中地层变形和地面沉降的　规律进行细致分析，并采取相应的　施工方法与技术措施进行控制，以　满足盾构施工过程中的环境要求。　１　盾构掘进过程中地层变形的　一般特点　尽管盾构法施工隧道具有适应　各种地层（根据地层条件进行盾构设　计）和不同埋深、对周围环境影响　小，施工机械化程度高、掘进速度　快、施工安全等优点，同时，随着盾　构技术日益完善，土压平衡盾构、泥　浆平衡盾构等新型盾构得到广泛应　用，但盾构施工引起的地面沉降仍　不可避免。造成地层变形的主要原　因是由于盾构推进对周围地层产生　了一定程度的扰动，开挖改变了地　层的初始应力状态，造成地层中孑Ｌ　隙水压力变化及土层刚度、强度指　标的降低。城市盾构隧道相对来说　埋深较浅，盾构施工对其上方道路、　建筑物及上水管、煤气管、通讯电　（光）缆等地下管线都有影响，因　此，有效控制地层变形（主要为控　制地面沉降）是盾构施工主要控制　的目标。　目前关于盾构施工对地面变形　这一环境问题的研究，已取得大量　的成果。美国Ｒ．Ｂ．Ｐｅｃｋ（１９６９年）　首先提出地面沉降槽为正态分布的　概念，地面沉降情况如图１所示。地　层移动由地层土体损失引起，计算　施工引起地面沉降量的横向分布估　算公式如下：　Ｖ．　Ｖ，　ｍａｘ　赢　茜　０　Ｘ　、、＼　Ｔ　点　’／　２．５ｉ　一　／　厂　、　一‘…　‘　Ｓ　：志唧　）　赢　ｐ　一…ｅｘｐ（＿　式中：Ｓ（ｘ）为Ｘ处的沉降量；　Ｖ．为地层损失；　为距隧道中线的　水平距离；Ｓ　为隧道中线处的最　大沉降量；ｆ为中轴线到反弯点的　水平距离。　随盾构推进的地面变形可分为　５个阶段：①盾构到达前；②盾构　到达时；③盾构通过中；④盾构脱　出时；⑤后期沉降。其历时曲线如　图２所示。其主要的沉降发生在盾　尾脱出时，此时的建筑空隙如不及　时填充将产生较大的地层变形。　２地层变形原因分析　根据对盾构隧道施工特点和规　律的分析，可以把盾构隧道施工引　起地层变形的基本原因归纳如下。