卓总土压盾构地层沉降控制技术样本

1、土压平衡盾构施工地层沉降控制技术卓普周1概述土压平衡盾构由盾壳、刀盘及刀盘驱动装置、密闭土舱、盾 构千斤顶、螺旋输送机、管片拼装机械手、自动导向系统、盾 尾密封装置和人闸等组成，基本工作原理为：盾壳支承着围岩并 保护着刀盘旋转，在千斤顶推力的作用下，刀盘上被切割、破碎 的碴土，经过开口进入密闭土舱内，当密闭舱内的泥土压力与开 挖面压力取得平衡的同时,端部伸入土舱下部的螺旋输送机排土, 控制螺旋输送机的转速或者盾构机的推进速度，达到土舱内的泥 土压力与开挖面压力的动态平衡。碴土经过电瓶车拖碴车运至洞 外。国内外实践表明，即使在当前盾构施工技术日趋完善的今天， 在掘进过程中也难以避免地面隆陷及地层

2、水平位移情况的发生， 客观因素主要有：地质勘探资料与土层实际情况存在偏差，且地质情况往往 复杂多变；由于规划不利，盾构隧道经常近距离的从大量地面建筑物 基础下面经过；在一些老城区，隧道上方分布着许多建筑年代久 远的对地层变形十分敏感的地下构筑物、地面建筑物；盾构施工是一个系统工程，施工中间环节多、影响因素多， 稍有不慎，容易出现控制不到位的情况；掘进施工本身就是一个主动对围岩扰动的过程；现在对环境控制的要求越来越严格等。由盾构施工引起的地层沉降过大时，可导致地表建筑物倾斜、 开裂、倒塌；地下管线断裂；地面凹陷、隆起；桥面开裂等。引 起的地层水平位移过大时可能引起地下桩基偏移及管线与通道错 位，

3、甚至毁坏，对周围环境产生了不利影响。因此有必要对盾构施 工引起的地层变形情况进行研究，提前采取相应的预防措施，使 施工安全顺利进行,周围环境少受影响。2盾构施工引起地面沉降原因分析经过对盾构施工过程的分析，可得盾构施工引起地面沉降的 原因主要有以下3个： 2. 1盾构掘进时的地层损失掘进时地层损失的产生主要有4个方面的原因:刀盘前方土体的水土压力没有得到及时有效地平衡，使 盾构前方土体被迫处于不稳定状态。这种地层损失极为有害，是地 面沉降产生的主要原因之一。管片外侧与土层之间的间隙没有及时有效地充填，产生 地层损失，出现地面沉降。管片要在盾壳内安装，而盾壳为了抵御周围地层的水土 压力势必须要一

4、定的厚度，其钢壳的刚度才能满足抵挡水土压力 的要求，此厚度一般为58cm。土层可能存在软硬不均等现象，为降低盾构机掘进时的 姿态偏差的影响，在管片安装时，需在管片与盾壳之间留有一定 的间隙，一般约为3cm左右。单从机械技术角度而言，盾构机千斤顶的推力能够做到 很大，然而管片砼的抗压强度是有限的，因此在依靠已拼管片提 供反力的情况下，盾构机的推力不可能设计得很大，为了减少推 进时周围地层对盾壳的摩阻力，降低千斤顶推力的设计，一般将 盾体做成梭形，即由刀盘向盾尾做成前大后小的梭子状，以利于 盾机推进时减少摩阻力，盾体前后半径一般相差在35cm左右。盾体长度为8m左右，因此即使在设计有铰接装置的情况

5、下,资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。在转弯时要使盾体能顺利完成转弯施工，常常需要进行一定的超 挖施工。掘进时刀盘切削土体连带的扩孔效应。综合以上1)5),可知管片外侧与土体之间的间隙一般约在 11cm左右，这种间隙的存在是必然的，由此产生的地层损失可经 过同步注浆等施工措施得到弥补，但如果得不到及时填充、或者 填充不饱满等，管片周围地层产生将产生沉降。改变推进方向：盾构在曲线推进、蛇形纠偏、抬头、栽 头过程中，实际开挖断面不是圆而是椭圆，盾构的壳板与围岩之 间不均匀摩擦，引起地层损失，出现地面沉降。盾构轴线与隧道轴 线偏角越大，则对土体扰动和超挖程度而引起的地层损

6、失也越大。其它因素：在盾构处于停顿状态或管片拼装过程中由于液 压阀止锁作用不好，导致盾构后退，以致盾尾密封装置不佳，导 致土砂从盾尾流入隧道内造成砂土或水渗漏，加大了地层损失。或 者由于螺旋输送器密封及止水性能不佳、 土舱内土体改良不善， 致使前方土层中的地下水从螺旋输送器大量涌出，造成地层损失。2. 2隧道周围地层受到扰动或剪切破坏后的再固结。比如同步注浆对地层的挤压等。2.3局部地段存在软弱围岩，使得盾构隧道成型后在车辆荷载等的 作用下有可能产生不均匀沉降。3某盾构法隧道施工地层沉降概况某盾构隧道埋深8.8 m13.6m,掘进地层以全风化、强风 化、中风化地层为主，隧道上覆地层为杂填土、粉

7、质粘土、砂 层，地下水位1.5米左右。隧道管片内径5.4m,外径6m,管片宽 度1.2m,采用通缝拼装，管片注浆采用注浆孔及时注浆方式，本 段采用土压平衡盾构机进行施工。施工期间地面沉降点如下布置：横向监测断面间距2030m, 特殊地段据实际情况调整。同一断面内在隧顶中心、两隧道中间 及隧道侧边以外56m布点，此段共主要布设32个测点，测点编 号S6040S6072。施工期间除一点的沉降值达31.5mm,其余绝大部 分测点沉降值均在7 mm以内，周边建筑物、城市道路等基本未受 影响，施工过程中在平均每天810米的掘进速度情况下均处于安 全状态，产生了良好的社会效益。4盾构隧道施工地表沉降量测结

8、果分析4.1盾构施工过程中地面沉降的变化规律(1)就引起的地层变形特征来说，盾构法与其它暗挖法的区 别不是很大，且纵向、横向沉降曲线与PECK公式计算的理论沉降 曲线比较接近。如图4.1-1、图4.1-2所示的纵、横向沉降槽曲 线特征与矿山法施工的基本相当，也与PECK公式计算的理论沉降 曲线特征接近。由于盾构法施工时，直接用钢壳及顶推力来保持围 岩的稳定，因此从支护的效果及支护速度方面来讲，比矿山法施工 要有效地多、快得多，因此只要控制得当，和以往暗挖法施工引 起地面沉降的情况相比较，盾构隧道最大沉降量值比暗挖法施工 时的明显要小许多。S6040S6072测点沉降值反映：在所施工区域 以内，除了 S6052点、S6053点因为地面以下存在较厚的砂层，沉 降值分别达一31.2mm、-14mm以外，其余各点的最大沉降值均在7 mm以内，说明盾构施工控制比较到位，如果采用矿山法等浅埋暗 挖施工办法则要达到同样控制效果一般是比较难的。图4.1-1