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一级建造师《市政工程》知识点：1K35盾构法施工地层变形控制措施

1K30盾构法施工

1K35 盾构法施工地层变形控制措施

本条以密闭式盾构为主简要介绍盾构施工地层变形其控制措施。

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：

1)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(即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。

2)近接施工管理流程如图1K35-1所示。

3)近接施工的管理措施：

①盾构掘进引起的周边地层变形状态及其原因，包括：变形程度与主要原因之间的关系、对既有结构物承载能力的影响程度。

②预测盾构掘进引起地层变形的解析方法，预测对既有结构物影响的解析模型。

③减小地层变形与防止对既有结构物影响措施的选择，及其与工程条件、地质条件和环境条件相适应措施的确定方法。

④监控量测管理系统、监测项目、监测方法、监测数据的反馈方法。

二、地层变形与既有结构物变位及变形

(一)地层变形原因

地层变形的主要原因大致分为条件因素和直接原因两类。

(1)条件因素主要有：覆土厚度、盾构直径、隧道线形、衬砌背后间隙、衬砌种类等。

(2)直接原因由盾构掘进引发，主要有开挖面失稳、地下水位降低、推力过大、频繁纠偏、洞体土层失稳、盾体与洞体的摩擦力、衬砌背后产生间隙、注浆压力、衬砌变形、衬砌漏水等。虽然地层变形的直接原因有很多，但大体可分为以下4类：

1)地层应力释放产生的弹塑性变形，导致地层反力降低;

2)土压增大产生的压缩变形，导致垂直土压增大或地层反力降低;

3)附加土压产生的弹塑性变形，导致作用土压增大;

4)伴随土的物理性能变化产生的弹塑性变形以及徐变变形，导致地层承载能力降低。

(二)地层变形机理

(1)盾构掘进通过某一断面的地层变形时间曲线与盾构掘进过程中所处位置相关。如图1K85-2所示，某一断面地层变形的变形一时间曲线划分为5个阶段，各阶段变形原因不同，变形机理各异。

(2)某一断面地层变形的第1阶段：发生在盾构到达该断面之前，主要表现为地下水位降低产生固结沉降。第2阶段：盾构通过该断面前，若盾构控制土压(泥水压)不足或过大，则开挖面正前方土体弹塑性变形引起地层沉降或隆起。第3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4阶段：盾构通过该断面后产生的弹塑性变形;若衬砌背后与洞体的空隙填充不及时造成地层应力释放，则土体的弹塑性变形引起地层沉降;若衬砌背后的填充注浆压力过高，则附加土压引发地层隆起。第5阶段：盾构通过该断面后长时间地发生后续沉降，主要由于盾构掘进造成的地层扰动、松弛等引起，在软弱黏性土地层中施工表现最为明显，而在砂性土或密实的硬黏性土中施工基本不发生。

(三)既有结构物变形与变位

(1)盾构掘进产生地层变形的同时，既有结构物的外力条件或承载能力发生变化。

(2)外力条件或承载能力的变化使得既有结构物发生沉降、倾斜、断面变形等变位与变形现象，其变位与变形的程度取决于工程条件、地质条件与既有结构物构造特征。这里，工程条件主要是指隧道线形、近接施工区间的长度、是否采取隔离措施等;地质条件是指既有结构物与隧道之间地层的物理力学参数;既有结构物构造特征主要包括断面形状、强度、变形特性。

三、盾构掘进地层变形控制措施

由于盾构掘进地层变形各阶段的机理不同，因此必须有针对性地采取控制措施。

(一)前期沉降控制

(1)前期沉降控制的关键是保持地下水压。

(2)保持地下水压措施：

1)合理设定土压(泥水压)控制值并在掘进过程中保持稳定，以平衡开挖面土压与水压。

2)保持开挖面土压(泥水压)稳定的前提条件：对于土压式盾构是泥土的塑流化改良效果，应根据地层条件选择适宜的改良材料与注人参数;而对于泥水式盾构则是泥浆性能，应根据地层条件选择适宜的泥浆材料与配合比。

3)防止地下水从刀盘主轴密封、铰接密封、盾尾以及拼装好的衬砌结构渗入。为此，应保持盾构刀盘驱动、铰接、盾尾等部位密封完好，保证盾尾密封油质注入压力与注入量，管片密封与拼装质量满足规范要求。

4)土压式盾构在地下水位高且渗透性好的地层掘进时，采取有效的防喷涌措施，以防止地下水从螺旋输送机涌人。

(二)开挖面前沉降(隆起)控制

(1)开挖面前沉降(隆起)控制的主要措施是土压(泥水压)管理，真正实现土压(泥水压)平衡。

(2)通常采取的措施有：

1)合理设定土压(泥水压)控制值并在掘进过程中保持稳定，以平衡开挖面土压与水压。

2)保持开挖面土压(泥水压)稳定的前提条件：同1K35中三、(一)(2)2)

3)加强排土量控制。

4)对于土压式盾构，必要时还应对盾构推力、推进速度、刀盘扭矩等盾构参数进行控制。

(三)通过时沉降(隆起)控制

通过时沉降(隆起)控制措施主要有2种：

(1)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。在较硬地层中掘进的场合，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。

(2)土压式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，应采取注浆减阻措施。

(四)尾部空隙沉降(隆起)控制

尾部空隙沉降(隆起)控制的关键是采用适宜的衬砌背后注浆措施，主要有：

(1)用同步注浆方式，及时填充尾部空隙。

(2)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，以便拼装好的衬砌结构及时稳定。

(3)加强注浆量与注浆压力控制。

(4)及时进行二次注浆。

(五)后续沉降控制

后续沉降主要在软弱黏性土地层中施工时发生，主要控制措施是：

(1)盾构掘进、纠偏、注浆等作业时，尽可能减小对地层的扰动。

(2)若后续沉降过大不满足地层沉降要求，可采取向特定部位地层内注浆的措施。

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