一级建造师

盾构法施工地层变形控制措施

1、近接施工管理

首先，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、地层变形原因 ：分为条件因素和直接原因两类。

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。静态(间种厚直线)

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。(动态)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。

3、地层变形机理

①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。

②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。

③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。

④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。

⑤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。

4、密闭式盾构掘进地层变形控制措施

(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入参数;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)防止地下水从盾构机、盾尾以及拼装好的衬砌结构渗入。为此，应保持盾构机刀盘驱动、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入。

(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：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入参数;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)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，本着“勤纠、少纠、适度”的原则操作。在较硬地层掘进的场合，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.土压式盾构在软柔或松散地层掘进时，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。

盾构施工与既有结构物防护

(一)接近施工中既有结构物防护措施，按实施对象划分可以分为三种：

1.盾构施工措施;

2.对既有结构物采取措施;

3.盾构隧道与既有结构物之间采取措施。

(二)盾构施工措施

盾构施工措施，主要是控制地层变形，同时减少对地层的扰动。

(三)对既有结构物采取的措施

对既有结构物采取的措施通常有结构物加固、下部基础加固及基础托换三类。(结构物本身)

(四)新建隧道与既有结构物之间采取的措施

1.新建隧道与既有结构物之间采取的措施，主要有三种：(区别在土层里)

(1)盾构隧道周围地层加固;

(2)既有结构物基础地层加固;

(3)隔断盾构掘进地层应力与变形。

2.盾构隧道周围地层加固

盾构隧道周围地层加固的目的是提高周围土体强度，以减小盾构掘进时对周围地层的扰动，使加固区以外的地层不产生松弛，从而保护既有结构物。通常采用的方法有：注浆加固、高压喷射搅拌等。

3.既有结构物基础地层加固

既有结构物基础地层加固，是以提高结构物地基承载力、减小结构物地基变形为目的。通常采用的方法同样是：注浆加固、高压喷射搅拌等。

4.隔断盾构掘进地层应力与变形

隔断盾构掘进地层应力与变形，就是在盾构隧道与既有结构物之间构筑刚性好的构造体，以隔断地层变形对既有结构物的影响。通常的方法就是在盾构隧道与结构物之间施作隔断桩，具体可选用高压旋喷桩、钢管桩、柱桩、连续墙等形式。(连续旋喷钢管柱)

（责任编辑：lqh）

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