砂卵石地层盾构过河沉降控制技术研究

富水砂卵石地层盾构施工沉降控制技术措施高琨【摘要】依托兰州轨道交通1号线一期工程试验段盾构区间右线施工情况，对盾构施工期间的施工沉降控制进行探讨。

施工中采用监控量测、回填注浆及地表注浆等技术措施，确保了盾构机在富水砂卵石地层中的顺利掘进，减少了地表及管线沉降，提高了隧道施工质量。

%Taking into consideration of right track construction in shield excavation of Phase I test section on Lanzhou line 1, the paper discusses the settlement control during shield excavation. The construction takes monitoring measures, backfill grouting and surface grouting and other technical measures to ensure smooth advance of shield tunneling in water-rich sand and gravel stratum, to reduce surface and pipeline settlement and improve quality of tunnel construction.【期刊名称】《现代城市轨道交通》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】3页(P46-48)【关键词】盾构施工;富水砂卵石地层;沉降控制;技术措施【作者】高琨【作者单位】兰州市轨道交通有限公司，工程师，甘肃兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】U455.4盾构法施工会对周围土层产生扰动,从而引起地表沉降(或隆起),危机邻近建筑物或地下管道等设施的安全。

兰州地区地质特性为富水砂卵石地层，盾构机在该地层中掘进引起的地层沉降主要呈滞后沉降，在盾构掘进过程中由滞后沉降导致地表发生多次预警，严重时发生地表塌陷现象，造成一定的经济损失。

富水砂卵石地层地铁深基坑降水及沉降研究随着城市化进程的加快，城市人口急剧增加，随之而来的是给交通运输带来的压力，所以很多城市开始将眼光转向地下交通。

地铁作为城市化发展最为重要的因素，已经是目前城市建设最为主要的内容之一。

地铁开挖基本上是采用明挖车站和盾构区间这样的模式，所以其地铁的深基坑工程也很多，正是因为这样其基坑带来的安全问题以及事故这两年层出不穷，这样便使得要加强对其技术研究。

本文将注重分析地铁深基坑降水以及沉降的相关问题，最后给出对策。

标签：深基坑；降水及沉降；富水沙卵石地层；地铁一、地铁深基坑的特点在我们国家地铁建设过程中其深基坑基本上都是因为采用了明挖的方式，所以在车站建设过程中其基坑形状基本上都是比较大和深，然后又是条形的，一般其深度是基本保持在20米左右，长的话基本是超过200米的。

具体的主要特点表现在以下几点。

第一，这几年来因为工程建设的需要基坑的深度基本上是越来越深，其中20米到30米之间的基坑是越来越多[1]。

第二，另外伴随着其建设需要还存在一个显著特点就是其基坑的工程规模日渐增大，其面积也渐渐增大。

第三，对于基坑施工来说一般其环境都比较复杂，并且很容易遭到破坏，在施工的过程中其基本上都时会碰到一些地下管线护着是古遗迹等。

第四，对于地铁修建来说其基本上是修建在一些人流比较密级的区域，所以其施工场地一般都会比较窄小，因此会给施工带来一定影响。

第五，一般对于基坑施工来说其技术要求都是比较高的，其中主要涉及到岩石力学、土力学等等范围，最终设计并选择出科学合理的方案是保证基坑质量安全的重要条件，可以说基坑其中涉及到的内容基本上都是相互牵制、相互联系的，并且其综合性是相当高的[2]。

二、深基坑降水技术深基坑降水的方法一般有集水明排、轻型井点以及管井降水等多种方法，其中要注意的是不管是采用哪种方法，最终的效果都是和渗透系数以及降水的深度等因素有关系的。

其中管井降水技术一般会应用在地铁施工当中，因为其深度一般是大于10米的。

成都富水砂卵石地层盾构施工通过构筑物地面沉降控制措施探讨摘要：本文通过成都地铁4号线盾构施工中的两个实例，探讨了成都地区地下水位高、卵石含量丰富的特殊地质情况下，盾构通过构筑物的技术和管理控制措施；盾构施工过程中，通过精心组织、严格把控，最终盾构施工安全顺利的通过了上述构筑物，取得了良好的经济和社会效益。

关键词：地面沉降；监理管控一、工程概述成都地铁4号线一期工程土建监理2标负责5站5区间2个施工标的监理任务。

二、监理措施项目监理工作开展以来，监理部认真贯彻公司“强化控制，有利协调，精心监理，确保质量”的监理工作方针，积极开展项目监理工作。

针对成都地铁富水砂卵石地层盾构施工特殊性及地面沉降控制难的特点，监理部提出了“认识到位、监控及时、反应迅速”的12字现场工作方针，从盾构施工各环节对地面沉降控制采取了相关的措施。

1、监理准备工作1）盾构始发前，监理部组织全体监理人员进行安全、技术交底。

2）督促施工单位做好沿线地质补勘及建（构）筑物、管线调查及安全鉴定工作并制定有针对性的保护方案。

3）监理全过程参与重大危险源调查、辨识、方案评审等工作。

2、地面沉降监理措施1）盾构始发、到达前督促施工单位对端头进行加固，加固范围为始发端长度8m，接受端长度6m，加固的深度要达隧道底以下2m，加固的宽度要比隧道开挖外围线各宽3m，也就是要保证加固体能将盾构机主体和至少1环管片全都包起来。

在盾构机始发或到达时，对最前或最后6环管片及时进行二次反复补注浆，堵住端墙与管片之间可能出现的涌水通道。

对进出洞加固范围内不同深度土体采用钻芯取样检测的方式加以验证，监理人员对施工单位钻芯取样过程进行见证，确保取样工作的真实性。

2）盾构机掘进中的超挖、姿态不良、土仓压力波动、喷涌流土、密封渗漏、注浆不足等，都会导致隧道上方的土体过量沉降和失水，引起地面过大的沉陷而损坏建（构）筑物。

3）盾构在成都富水砂卵石地层中掘进，严格控制出渣量是控制地面沉降的关键。

砂卵石地层地铁盾构施工沉降处理技术探讨摘要：目前，我国交通行业发展迅速，地铁成为人们出行主要的交通方式，其高效的承载能力极大地缓解了地面交通的拥堵状态，为各大城市所青睐。

现在新建地铁工程在施工过程中，会改变原有建构筑物周边已经稳定的围岩应力场，并逐步达到一个新的平衡（应力应变趋于稳定）。

同时，后期地铁在运营过程中，列车周期性的动荷载通过地层的传递对地下建构筑物也会有一定的影响。

随着地铁的大规模的发展，形成以盾构掘进方式为主的施工工艺，加快了地铁的施工进度，能促进城市线路迅速成网。

修建地铁的投入成本高、技术难度大、高风险，尤其在复杂的砂卵石地层，如何控制施工沉降，成为盾构施工的主要需要解决的问题。

关键词：地铁盾构；砂卵石；沉降处理技术引言由于地铁穿过地层比较复杂，且受多种不良地质及地层构造的影响，加之城市道路交通及其他控制点的制约，隧道盾构施工参数的确定对地面重要建筑的安全、地铁工程质量有决定性的影响。

因此，对卵石地层区段进行研究是很有必要的。

1地铁盾构区施工沉降机理地铁盾构区作业环节会受到施工进度、施工位置影响。

伴随着盾构区施工，此时的地层应力将不再平衡，平衡状态将会被打破。

因为应力被完全释放，于是地层出现了变形问题。

基于地层条件来看，盾构施工地表沉降是非常重要的因素。

此外灌浆压力、掘进压力、出土量、速度等也是需要考虑的问题。

从工程实际测量数据结果可以得知，之所以地铁盾构作业环节会出现地表变形现象就是因为下述几个原因所引起的。

首先是先期变形。

盾构施工环节会遇到很多地下水，保障施工进度和质量需要将这些地下水排空。

地下水位下降后，地层内的孔隙水压力发生显著变化，引发地表变形问题出现。

其次地表变形。

盾构作业中，掘进环节会受到前方作业面顶进压力影响。

此时土体会受到强烈冲击、挤压让地表开始隆起。

在压力越来越小以后，前方土体开始松动，于是引发地表沉降。

最后盾构通过地表变形。

受盾构施工影响，土体和盾构机之间会出现相对位移现象，引起地层损失。

砂卵石地层盾构施工注浆对地表沉降的分析及措施【摘要】：盾构法隧道施工时地表沉降仍然是施工控制中的突出问题之一。

砂卵石地层中，由于地质条件的特殊性，地表沉降反应快、具突发性，危害极大，是工程中急待解决的问题。

本文分析了地表沉降的原因，结合北京地铁十号线盾构隧道的工程实践，有针对性提出了各种应对措施，为各位读者略作参考。

【关键词】：盾构施工；砂卵石地层；地表沉降；注浆；对策。

中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：引言盾构法隧道施工技术以其施工速度快、施工安全性好、工程质量有保障、对周边环境影响小而成为城市地铁隧道施工最佳的工法选择。

随着盾构制造技术的逐步国产化，盾构法隧道成本进一步降低，近年来该工法在城市地铁施工中得以大面积推广。

但在盾构法隧道施工过程中，地表沉降控制由于受地质水文条件、盾构选型、施工参数、施工经验、施工工艺控制等条件的影响仍然是施工控制中的突出问题之一。

特别是在砂卵石地层中，由于地质条件的特殊性，地表沉降具有突发性，反应快，处理不当易造成较严重的安全事故。

一、沉降原因盾构掘进引起土体变形的原因很多，而且各自发生的机理不同，主要有以下几方面。

1、开挖时水土压力不平衡。

土压平衡式盾构或泥水盾构，由于掘进量与排土量不等，开挖面土压力、水压力与压力舱形成压力不平衡，致使开挖面失去平衡，产生土体变形。

2、推进过程中围岩扰动。

盾构推进时，由于盾构的壳板与围岩摩擦和围岩的扰动而引起土体下沉或隆起，特别是蛇形修正和曲线推进时的超挖，是产生围岩松动的原因。

3、盾尾空隙和壁后注浆不充分。

由于盾尾空隙的产生使受盾壳支撑的围岩朝着盾尾空隙变形而产生土体下沉。

土体下沉程度受壁后注浆材料的性质、注入时间、位置、压力、数量等影响。

4、衬砌变形与变位。

管片连接螺栓不紧固，管片环易变形，盾尾空隙增大，盾尾脱出后外压不均等导致衬砌变形或变位，从而造成土体沉降。

二、砂卵石地层的掘进注浆对地表沉降影响的分析砂卵石地层掘进，地表沉降反应快，如不及时处理将导致地表较大沉降或坍塌，地表建筑物将出现裂缝，甚至垮塌，在砂卵石地层进行盾构掘进施工及时有效的同步、二次、径向注浆对地表沉降控制尤为关键。

盾构施工地面沉降的控制技术现在对环境控制的要求越来越高，对盾构穿过城市中心重要建筑时的影响要求极为严格(如上海,广州的多座地铁隧道的建设.一般要求施工时地面沉降控制在+10mm~－30mm 之内) 。

盾构施工不可避免地干扰原土层的平衡状态，虽从理论上可实现无沉降施工，但限于目前工艺和施工手段、操作质量，几乎无法做到地面无沉降或隆起。

目前，国内外许多学者从事这一方面的研究，内容包括盾构施工引起的地表沉降、地层沉降以及盾构施工对邻近建筑物(桩基及已建隧道等)的影响等。

研究的方法主要有经验公式法、离心模型试验和有限元法等。

第一节盾构施工引起的沉降理论和基本规律1、盾构施工引起的沉降理论盾构施工必然扰动地层土体,引发地层损失、隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,这是构成地面沉降的根本原因.在软土地层中用盾构法施工隧道,因地层损失和土体扰动,必然引起地表变形.表现在盾构机掘进的前方和顶部会产生微量的隆起,盾构机部分通过地表开始下沉, 盾尾脱离后地表下沉加快,并形成一定宽度的沉降槽地带,下沉的速率随时间而逐渐衰减,且与盾构经过的地质,施工工况和地表荷载等有密切的关系,并表现出相当大的差异性。

土体的扰动或扰动土多是针对原状土而言，大体是指由于外界机械作用造成的土的应力释放，体积、含水量或孔隙水压力的变化，特别是土体结构或组构的破坏和变化(如填土路基等)[2]。

图5-1-1 盾构施工对土体的扰动盾构前进过程中需要克服盾构外壳与周围土体的摩擦力F1、切口切入土层阻力F2、盾构机和配套车架设备产生的摩擦力F3、管片与盾尾间的摩擦力F4、开挖面的主动土压力F5，当千斤顶推力T≥F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构前方土体经历加载阶段，产生如图5-1-1 所示的挤压扰动区①，开挖面受挤压作用引起土体压缩并使土体前移和隆起，盾构机工作正常时为此状况；当T＜F1＋F2＋F3＋F4＋F5 时，盾构机处于静止状态，该状态对应于千斤顶漏油失控，土体严重超控，盾构机前方土体则要经历卸载阶段，产生土体向内临空面移动，地表出现下沉．为减少开挖面土体的扰动，应尽量保持密封舱内压力Pi 稍大于主动侧压力Ph 和水压力Pw 之和,开挖面正前方区域内土体由于刀盘的挤压搅削作用，将受到强烈的扰动而发生破坏，含水量降低，其力学参数将发生很大的变化。

盾构过砂层沉降预测及控制摘要：地表沉降是隧道施工中一项重要风险。

盾构掘进引起土体沉降有开挖时水土压力不平衡等多种原因。

笔者所在项目在过砂层施工中采取了控制排土量、紧凑衔接各工序、及时同步注浆与二次补浆等控制措施，大大减小了土体沉降量。

关键词：盾构隧道，沉降控制，砂层，沉陷槽理论1 工程概况本专题主要针对盾构机过半断面或全断面沙层。

隧道半断面或全断面位于冲积—洪积粉细砂层、冲积—洪积中粗砂层、冲积—洪积土层及局部冲积—洪积砾砂层。

、、是透水层，渗透性强，为主要含水层，地下水主要第四系孔隙水，由于本段砂层分布广泛，且厚度大，连通好，和地表水水力联系密切，富水性强。

由于各种管线、机场雕塑等建筑物基础埋深较浅，而勘察资料揭示该地段地层以冲积—洪积中粗砂层及冲积—洪积砾砂层为主，当盾构施工通过该段时，施工扰动可能会导致其周围土体沉降或隆起超限，即可能造成管线或雕塑基础局部沉降不均，甚至造成局部坍塌，如果大范围沉降则可能导致管线受拉破裂，导致航油或供水管路中断，后果严重。

为安全通过该特殊段，项目部编制了一套详细、针对性强的施工专题，并在施工中逐一落实，最终盾构机安全到达吊出井。

图1 右线地质断面图图2 地表沉降分析示意图2 地表变形分析在软土层中采用盾构施工时,隧道横向所产生的地表变形范围受隧道的埋深和其所处的地质土层状况影响较大,基本上接近土的破坏棱体范围,大致上近似于peck提出的沉陷槽形状,即概率论中的正态分布曲线。

同时隧道纵向所产生的地表变形可分为五个阶段,即初始沉降、开挖面前变形、盾尾沉降、盾尾空隙沉降、后续固结沉降,见图2。

3 地表横向沉降预测（1）①式中S(x)为地面沉降量沿横向的分布，mm;x为所求沉降点距盾构中心线的水平距离，mm；为沿盾构掘进中心的最大地面沉降，mm；且＝，其中为地面沉陷体积；i＝为沉陷槽宽度系数，即隧道中心线至沉降曲线反弯点的距离，其中为各土层加权平均后的摩擦角，H为地面至隧道中心的深度。

图1公交五公司—定西路区间地质剖面图1引言兰州轨道交通2号线一期工程4标公交五公司站—定西路站区间主要布设于老城区主干道,周边管线及建筑物密集,城市道路交通繁忙,地层条件复杂,经工程地质勘察查明:隧道主要穿行于富水砂卵石及强风化砂岩层,盾构始发段地层为全断面富水砂卵石,砂卵石粒径较大。

盾构始发是盾构法施工的重要环节之一,盾构始发时的风险控制一直是地铁工程中的重难点,盾构在砂卵石地层进洞往往会对周边环境产生比较大的影响。

由于砂卵石地层存在不稳定性,盾构掘进时极易产生刀盘前方坍塌,影响盾构机正常始发,严重时引发周边建筑物、管线破坏。

因此对砂卵石地层的研究探讨,总结出有效控制地面沉降的技术措施是很有必要的。

2工程实例2.1工程概况及水文地质兰州轨道交通2号线一期工程4标公交五公司站—定西路站区间盾构拟从定西路站始发,沿排洪南路自北向南掘进至公交五公司站接收。

本区间右线长度约831.2m ,左线长度约734.7m ,左右线最大线间距约84.0m ,区间隧道底板标高约1494.2~1505.3m ,隧道底板埋深约18.4~31.3m ,区间采用土压平衡盾构施工,区间设一座联络通道兼泵房。

公交五公司站—定西路站区间位于黄河南岸河谷盆地内,地貌类型属侵蚀堆积河谷平原,场地地貌单元属黄河Ⅱ级阶地。

地层主要为第四系人工填土、第四系全新统冲积黄土状土、卵石及下第三系渐新统粉砂岩组成,下水为第四系松散层孔隙潜水,含水层主要为第四系冲积卵石。

卵石杂色,密实,颗粒母岩成分以花岗岩、石英岩为主,磨圆度较差,呈次圆状~次棱角状,分选性一般,可能存在粒径≥60cm 的漂石。

地下水类型为潜水,地下水埋深9.6~16.4m ,水位高程1510.96~1513.91m 。

公交五公司站—定西路站区间纵断面采用V字坡,最大纵坡2.95%,区间主要穿行于富水砂卵石及强风化砂岩层,盾构始发段地层为全断面砂卵石层,如图1所示。

2.2砂卵石地层盾构施工引发地面沉降的危害因为盾构机盾尾间隙的存在和盾构掘进时的扰动,盾构掘进过程中不可避免会造成地面沉降,但在不同的地质条件下出现的沉降特性存在差异。

卵石地层中地铁盾构近距下穿盾构隧道施工沉降控制盾构法广泛应用于基础建设领域，随着地铁网络的形成与发展，盾构施工穿越既有盾构隧道的工程愈来愈多，然而针对北京卵石地层环境条件下类似工程及其经验总结极少。

为了减小盾构穿越施工对既有隧道的影响，确保地铁的安全运营，有必要开展盾构施工影响规律及参数控制方面的研究。

许多学者针对盾构穿越施工对地表及既有建(构)筑物沉降的影响及其控制方法做了一定的研究。

在盾构穿越施工对地表沉降影响方面：宫亚峰等[1]依托长春地铁2号线盾构施工工程，通过数值模拟和现场实测，探讨了双线盾构施工影响下地表沉降的规律。

CHAKERI et al[2]通过理论分析、数值模拟及现场实测等方法，研究了盾构施工时的隧道埋深、围岩压力以及土仓压力等参数变化与地表沉降的内在联系。

ZHANG et al[3]通过数值模拟，研究了双线盾构施工引起的刀盘上方及其前方的地层变形规律。

在盾构穿越施工对既有建(构)筑物沉降影响方面：张润峰等[4]依托杭州地铁2号线盾构下穿既有建筑工程，通过现场实测，研究了盾构施工影响下建筑物沉降的规律。

廖少明等[5]、李磊等[6]、ZHANG et al[7]依托上海地铁11号线盾构上下叠交穿越既有4号线隧道工程，通过数值模拟和现场实测，分析了盾构施工影响下既有隧道沉降的规律。

卢岱岳等[8]考虑了土仓压力和盾尾土体损失等因素，推导了盾构施工引起的周围土体位移的解析表达式，进而计算了平行、正交以及重叠等形式下盾构施工引起的既有隧道附加位移。

张晓清等[9]通过模型试验和数值模拟，分析了多线叠交盾构隧道在多种穿越形式下地表和既有隧道沉降的规律。

同时一些学者讨论了盾构主要施工参数的变化对既有隧道沉降的影响：SZE et al[10]依托新加坡地铁盾构下穿既有隧道工程，通过现场实测，研究了盾构施工的关键参数及其变化对既有隧道的影响。

张琼方等[11]依托杭州地铁4号线盾构下穿既有1号线隧道工程，通过现场实测，分析了盾构施工影响下既有隧道沉降的规律，探讨了顶推力、土仓压力等施工参数的选取与优化。

砂卵石地层大断面隧道施工道路沉降规律分析研究摘要随着城市人口的不断增多，城市道路变得越来越拥堵，现有的道路已不能满足人们的出行要求。

为了缓解城市交通拥堵问题，城市轨道交通建设逐渐兴起。

城市地铁作为一种经济、有效、环保的交通方式得到越来越多城市的青睐。

地铁施工过程中为了减少对人们正常生活的干扰，暗挖法得到越来越多的应用。

暗挖隧道施工过程中，为减少对地层及上覆结构的扰动，其主要控制目标是防塌方、防沉降。

本文通过对砂卵石地层大断面沉降规律进行研究，分析各阶段施工过程中产生沉降的原因，提出相应的控制措施，为之后相似地层大断面施工过程中的沉降控制提供一定的技术指导及依据。

关键词北京地铁砂卵石地层大断面沉降规律分析1引言随着城市人口的不断增多，城市车辆越来越大，道路越来越拥挤。

如何有效解决城市的拥堵问题已经成为城市发展的一大瓶颈。

城市地铁以其高效、快捷、环保等特点得到越来越多大中城市的青睐。

城市地铁作为一种缓解城市出行压力的交通方式，一般建于城市中繁华、拥堵的地方，为了减少修建过程中对城市生活的影响，较多采用暗挖法施工，在车站与区间的衔接部位，一般需设置行车渡线段。

由于该部位断面较大，在暗挖施工过程中，普遍采用双侧壁导坑法进行施工，双侧壁导坑法暗挖隧道在施工过程中，以其断面大、导洞多、开挖工序复杂等特点，在开挖过程对地层扰动次数较多，引起城市道路及地表沉降较大，对城市正常生活带来了一定影响。

本文通过对北京地铁7号线达广区间暗挖段砂卵石地层大断面隧道施工过程中的第三方监测数据统计分析，总结出了大断面隧道施工过程中，各个工序施工过程影响上覆地层沉降的规律，提出相应的控制措施，为此后类似大断面施工沉降控制提供一定的参考依据。

2工程概况2.1工程概况北京地铁7号线工程达官营站～广安门内站区间暗挖段位于7号线工程西段，自西向东布置在广安门外大街下，车流量较大。

区间设置一处停车线及单渡线，区间正线间距为17米，停车线与正线间距为4.2米，区间长362.842m本段区间采用矿山法施工。