盾构机施工周边地表沉降控制

----上海地铁项目经理部施工监测QC小组发表人：

徐泽

二00三年十月三十日第.二.十.二.次.QC.成.果.发.表.材.料盾构推进地表沉降控制上海市轨道交通杨浦线（M8线）Ⅲ标段区间单圆隧道工程，隧道总长1430米(单线)，包括黄兴绿地站～延吉中路站区间和黄兴路站～延吉中路站两个区间。总造价约1个亿，是我公司在进行科技革新和专业化队伍建设的一个大项目。两区间分别采用Φ6340的法国FCB和日本小松土压平衡式盾构机施工，管片外径为6.2m，内径为5.5m，衬砌环环宽为1.0m和1.2m的管片，每环由拱底块Ｄ(一块)、标准块Ｂ(二块)、邻接块Ｌ(二块)、封顶块Ｆ(一块)组成。

一、工程概况选题理由

加强盾构推进过程管理，控制地表沉降和隆起根据以上原因，项目部经研究决定成立地面沉降控制小组，并确定课题为“盾构推进地表沉降控制”黄兴绿地～延吉中路区间隧道覆土浅，其中穿越走马塘河河床最小处覆土仅3.3m，且盾构通过的为不利的②-3b土层区间地下管线密集，分布较复杂，在0～4.5m范围内。有电力、煤气、通信、上下水管等。管道距隧道顶部最近仅0.5m。盾构穿越一些居民区，房屋多为2～7层砖砼结构，均为条形基础，对地面隆沉变化较敏感。二、选题理由序号

姓名

年龄

职务

文化程度

组内职务

1胡广辉

36总工程师大专组长2刘恩波31项目副经理

大专副组长3李小光

30工程部长

本科组员4沈宁

29测量工程师

大专组员5魏百术

22盾构机司机

中专组员6徐泽

31工程师

本科组员7罗人宾

33盾构机司机本科组员8练培川

24测量工高中组员9郭建庄

31拌浆工

技工组员10高军25测量员

中专组员11查子玉

36起重工

技工组员小组类型

现场攻关型

接受TQC教育时间48小时活动时间

2003.7.20-10.20

注册时间

2003.7.20

活动次数

17次

注册编号

SDJ-420306三、小组概况黄兴绿地～延吉中路区间隧道7月22日出洞以来，地表沉降一直较大。其中，沉降最大的监测点XX11总下沉量达61mm,远远超过了规范规定的-30mm，并在隧道上方地表形成了一些细小的裂缝。以下图表是已施工隧道中轴线XX1～XX14监测点地面沉降累计沉降记录。四、现状调查统计人：徐泽统计时间：2003-8-20土体累计沉降量从以上统计调查表可看出：已施工的隧道对地表的沉降控制较差，各沉降观测点沉降量大多都超过了警戒值-30mm，其中最大监测点总沉降量达-61mm。但由于隧道推进上方为空置场地和人行道，沉降仅仅在地面形成了一些细小的裂缝，对周围环境并未造成较大影响。前方推进即将穿越松花江路和居民区，如果地面沉降问题仍不能解决，将会严重影响周围环境和居民的人身安全。确定目标：

将地表沉降控制在0～-30mm以内。设计覆土浅，开挖面的管理幅度小

通过对盾构施工不利的②-3b土层隧道顶部有动荷载注浆量不足注浆压力设置不当环境因素注浆管理没有充分利用不同注浆管道来调节姿态注浆时间控制不好地表沉降图表1

经小组成员认真开会讨论，找出影响地表沉降的原因如（图表1、2）五、原因分析设备功能老化，数据显示有偏差设计自动控制能力较差出土量较大盾构姿态控制不好机械设备机械操作管片拼装质量较差地表沉降图表2推进速度较快施工管理土舱压力设定与实际压力有偏差施工间歇时间较长

通过原因分析，我们找出了影响沉降的以下因素，为了寻找主要因素，小组成员对所有的因素进行了逐一论证，见表3、41覆土较浅设计因受周围环境限制致使隧道顶部覆土较浅，但可加强施工过程控制来保证。非主要因素2通过土层不利针对地质条件问题，可以采取一些措施对土体进行改良。非主要因素3隧道顶部有动荷载主要隧道上方为人行道和机动、非机动车道，但同类工程经验表明对沉降影响不大。非主要因素4注浆量不足对通过土层的特性不了解，没有类似土体的施工经验，注浆量偏少。主要因素5注浆管没有充分利用可以利用6根不同位置注浆管对管片的偏差和漏水情况进行控制。非主要因素6注浆时间控制不准确注浆与推进同步进行，如果推进速度过快，会导致注浆不均匀，主要要控制推进速度。非主要因素7注浆压力设置不当注浆压力过大可能会扰动周围土体，致使土体重新固结而下沉，但因固结而造成的沉降不大。非主要因素序号论证项目论证内容论证结果8设备功能老化显示不准设备功能虽老化，但在加强人工测量的基础上也可以较好控制。非主要因素9自动控制能力较差因购置时间较早，PLC技术能力不足，但通过盾构司机的增加劳动，可以完全控制。非主要因素10土舱压力设定偏差土压力计算值和推进中土舱的实际压力存在偏差，但可以根据施工经验值随时进行修正。非主要因素11施工间歇时间较长可通过加强施工过程管理来控制施工间歇时间。非主要因素12推进速度快速度过快会扰动土体并影响注浆的均匀性和稳定性。主要因素13出土量较大出土量过大可通过控制螺旋机转速进行调整，对地表沉降影响不大。非主要因素14盾构姿态控制不好姿态不好会扰动周围土体，增加管片拼装难度会出现漏浆、漏水而使地表沉陷。主要因素15管片拼装质量较差出现漏浆、漏水而使地表沉陷，但可通过控制盾构姿态和加强作业人员素质加以确保。非主要因素序号论证项目论证内容论证结果

地表沉降注浆量不足推进速度过快盾构姿态控制不好至此，得知影响地表沉降的主要原因有三个：序号主要因素改进对策实施方法目标负责人完成日期1注浆量不足增加每环注浆量增加每环注浆量

把注浆量由原来的平均2.4m3/环增加到2.6m3/环。胡广辉魏百术2001.8.82推进速度快合理控制推进速度要求盾构司机降低盾构总油压，降低推进速度。推进速度控制在3cm/min.魏百术罗人宾2001.7.153盾构姿态控制不好保证良好的盾构姿态。加强盾构姿态测量，推进中要勤纠偏，一次纠偏要少量。减少土体扰动和管片碎裂。沈宁罗人宾2001.7.15六、制定对策表5对策表

1、注浆量不足：盾构外径为φ6.34m，而管片外径为5.5m，因此，在施工存在一个建筑空隙，为了在防止上方土体松动和下沉的同时防止管片漏水，并达到早期稳定和防止隧道蛇行的目的，必须对空隙迅速实施注浆。注浆量往往达到计算空隙的150%～200%，是影响地面沉降的最主要因素，施工会因地质、水文情况的不同而改变，对盾构通过的粉质砂土来说，浆液在土层中易劈裂、流失，原来每环2.4m3偏少，应将注浆量提高至2.6m3/环较合适。七、对策实施

2、推进速度过快：推进速度原先实际施工在4cm/min左右，因设备老化，注浆流量及压力调整不准，过快速度把每环35分钟的注浆时间缩至25分钟，这样就减少了注浆量。另外，增加速度相对来说也加大了盾构本体对周围土体的扰动，而这些因素相对都增加了地表的沉降。

3、盾构姿态控制不好：盾构姿态控制不好，如纠偏时调整过速，会导致盾构蛇行而增大对盾构通过土体的剧烈扰动，使原有的土体平衡被破坏，水土会流失而导致地表形变。为减少扰动土体，推进中纠偏要勤纠、慢纠，防止一次纠偏较大，并采用低压石棉橡胶板对出现的环面超前等及时纠正，防止因姿态不好造成的管片拼装质量差而引起的地表沉降出现。八、效果检查从图示XX1～XX14和XX14～XX19两段监测点沉降情况对比分析，统计调查表可看出，最大沉降量已由第一段的61mm下降到42mm,但平均沉降量变化不大（41.237.6mm)仍然超过预定目标较多。前方推进即将穿越松花江路和居民区，如果地面沉降问题仍不能解决，将会严重影响周围环境和居民的人身安全。注浆量还是不足注浆管理浆液的性能存在问题地表沉降原因九、分析原因施工管理土舱压力设定与实际压力有偏差千斤顶油缸漏油回缩机械设备

通过原因分析，我们找出了影响沉降的以下因素，为了寻找主要因素，小组成员对各种因素进行了逐一论证，见下表1千斤顶油缸漏油回缩千斤顶油缸漏油回缩引起土舱内压力损失，造成土舱土压下降，开挖面失稳沉降。主要因素2注浆量还是不足虽然注入量已达2.6m3,但施工中地表沉降仍然很严重，而注浆量又是影响沉降最直接、最重要的因素，因此，数量仍要增加。主要因素3浆液的性能存在问题换细砂为中砂并增加膨润土用量，以降低浆液稠度。主要因素4土舱压力设定与实际压力有偏差可以根据盾构推进前10m的沉隆来设置土舱压力值，实际上由于土体表面均为硬化路面，变化不明显，对压力设定参考价值不大。非主要因素序号论证项目论证内容论证结果地表沉降注浆量仍然不足浆液的性能存在问题千斤顶油缸漏油回缩至此，影响地表沉降的主要原因有三个：序号主要因素改进对策实施方法目标负责人完成日期1注浆量仍然不足增加每环注浆量增加每环注浆量

把注浆量由原来的平均2.6m3/环增加到2.8m3/环。胡广辉魏百术2001.8.82千斤顶油缸漏油回缩进行闭胸推进施工停机中根据土压情况，进行闭胸推进，维持土舱内的土压力。维持土舱正面土压力魏百术罗人宾2001.7.153浆液的性能存在问题增加浆液稠度换细砂为中砂并增加膨润土用量，以降低浆液稠度。控制浆液稠度在9～10.5之间。沈宁罗人宾2001.7.15十、制定对策

对策表

1、注浆量仍然不足：虽然每环注浆量已达2.6m3,但施工中地表沉降还是很严重，而注浆量又是影响沉降最直接、最重要的因素，因此认为，改进后每环2.6m3仍然偏少，经施工中反复实验分析，应将注浆量提高至2.8m3/环较合适。

2、千斤顶油缸漏油回缩因设备购置时间较长，部分构件已老化，施工中一旦因管片供应或设备的其他部位故障造成停机后，千斤顶油缸会漏油回缩。千斤顶油缸漏油回缩后引起土舱内压力损失，造成土舱内土压下降，开挖面失稳而沉降。解决这种情况方法是：施工停机后，根据土舱内压力情况，不定时进行闭胸推进（即不出土推进），以维持土舱内的土压力，保持开挖面平衡。

3、浆液性能不好：浆液性质应满足以下要求：1、不发生材料离析；2、不丧失流动性；3、注浆后体积减少；4、强度大于土体；5、防水效果好；6、良好的可泵性。另外不同土体对浆液的要求往往都有细微的差别，并且，这个差别对控制地表沉降都很重要。目前使用的浆液是在明珠二期施工中在淤泥质粘土施工研制的，对粉质砂土并不完全适用，必须进行改良。换细砂为中砂并增加膨润土用量，以降低浆液稠度，减少注浆后的体积收缩和增加强度，保证建筑空隙充填的稳定性和饱和性。

1、小组目标完成情况：黄兴绿地站～延吉中路站区间下行线隧道已于2003年10月18日贯通。由于QC小组正确对策的实施，隧道在109m以后的施工中的地表沉降均控制在0～-30mm之内，最大沉降量由-61mm下降至-25.78mm,平均沉降量由-40mm下降至9.65mm,实现了确定的目标。监测点累计沉降如下图所示：顺利通过了松花江路和走马塘附近的居民区，未出现任何安全、质量问题和居民投诉现象。十一、效果检查小组目标实现了小组目标实现了

2、社会效果：黄兴绿地站～延吉中路站区间下行线隧道，是我集团公司采用盾构法施工的第一条隧道。地表沉降、轴线偏差、渗漏水等方面的质量控制均能满足《验收规范》的要求，工程质量优良。得到了监理、业主、上海市质检站的一致好评，均表示中铁四局是一个能打硬仗的队伍。在2003年11月6日，该工程通过了上海市文明工地的初验。为我局开拓城市轨道交通市场，创造了良好的条件，同时也为下一步上海地铁M8线未完工程及轨道交通九号线盾构隧道施工取得了宝贵的经验。⑴根据QC小组活动所得的结果，把各工序中易引起地表沉降的的原因分别加入了《推进作业指导书》、《注浆作业指导书》、《拌浆作业指导书》及《管片拼装作业指导书内》内并应用的施工中去。⑵加强隧道施工的技术管理工作，聘请有经验的盾构司机和常年从事隧道施工的作业队直接加入工班，增加技术工人的数量。⑶派盾构司机、起重工和机械人员参加有关盾构施工的技术培训，强化其