控制地面沉降保障盾构沿线建筑物的结构安全

王 成/中铁三局集团第四工程有限公司

控制地面沉降保障盾构沿线建筑物的结构安全

王 成/中铁三局集团第四工程有限公司

随着国家各大城市的国际化的发展,人口与车辆的增多给城市带来了很严重的交通问题。随着城市化进程的飞速发展,解决这个问题就显得越来越紧迫。轨道交通是解决日益恶化的城市交通问题的一个主要手段。然而,在人口密集、建筑设施密布的城市中进行轨道工程施工,由于岩土开挖不可避免地产生对岩土体的扰动并引起洞室周围地表发生位移和变形,当位移和变形超过一定的限度时,势必危及周围地面建筑设施、道路和地下管线的安全。因此,研究城市轨道工程开挖过程中地表沉降的有效控制问题,对于地表环境保护及轨道工程的安全施工都具有十分重要的意义。

地铁；盾构；沉降控制

地铁盾构施工风险大，如果施工管理和技术方案不到位，会造成很大的社会影响力，能否保障盾构沿线建筑物的结构安全直接影响社会稳定及人员的安全。地铁穿越部门往往地面上建筑密集，两隧道之间距离以及隧道距楼房基础的水平距离比较近，操作工艺难度大，技术含量高，为减小地面沉降，确保地面建筑物的安全，选取了北京地铁盾构工程的沉降，作为本次论文的选题。

一、现况调查

1.始发试验段盾构隧道与大厦最小距离仅为1.2米，旁穿距离较长，同时掘进施工在软土地层，且埋深较浅，对建筑物影响较大；

2.区间下穿及侧穿众多厂房，同时还有部分居民区，均建于上世纪八九十年代，基础埋深较浅，且结构整体性较差，对基础不均匀沉降敏感；

3.隧道下穿一个石砌沟和一个池塘，水深均为1.5～2.5m，穿越地层为上软下硬地层；

根据前期实际调查，部分建筑物因年代较长，有些地方已出现裂缝。

二.确定目标

1.设定控制范围。

确保线路上建筑物结构安全，整体倾斜在允许范围内和规范要求，在过建筑物施工中，地表沉降控制在8mm以内。

2.可行性分析。

①分析小组成员平均文化水平高，有较强的理解和接受能力。

②有先进的测量、监测仪器，可实时得到施工过程的数据反馈；

③小组成员对部分建筑物沉降加大的主要因素已经明确，可以采取针对性的措施进行沉降控制。

④根据国内的盾构施工经验，粉质砂土最好沉降控制纪录为6mm，平均控制水平10 mm，所以将目标设定为“地面沉降控制在8 mm”，是可行的。

三、原因分析及要因确认

分析中得出的主要问题进行了多次讨论，广泛收集现场施工人员、盾构司机、各级工程技术人员以及专家、顾问的意见，集思广益，相互启发、并用排列图进行分析，我们得出地表沉降量控制超标是影响建筑物安全的主要问题，并针对这个问题做出因果分析图及要因确认。

根据现场分析，以及要因确认，确定此阶段的要因如下：

1）配浆人员实际操作经验不足 ；

2）工艺方案交底不够 ；

3）浆液配比不合适；

4）二次补浆设备不匹配 ；

5）监测数据有误 ；

6）盾构机掘进速度

四、制定对策

序号 要 因 对 策 目 标 措 施1配浆人员实际操作经验不足加强人员培训配浆人员尽快熟悉设备，掌握配浆技巧制定奖励标准，标准随配浆人员熟练程度的提高而提高2工艺方案交底不够针对盾构施工的特点，采取<推进指令单>的形式对每一环的推进及注浆参数进行交底每一个施工操作人员能按施工工艺要求施工施工方案和<推进指令单>形成书面文件，传达到每一个人手中，并就施工工艺和施工方案召开所有施工人员参加的交底会3浆液配比不合适进行适配，确定合适配比水玻璃的比重波美度控制在25左右，A液的搅拌时间不少于7分钟。进行配比试验，找出合适的浆液配比4设备不匹配选择合适二次补浆设备减少不合理的二次补浆设备匹配合理选型、更换5 测量有误增加人工测量消除自动测量中较大的误差增加人工测量并将人工测量数据与自动测量数据进行比较，确保准确。6盾构机掘进速度降低盾构机的推进速度掘进速度控制在 10～15mm/min，出土量控制在合理范围内严格按指令单数据推进； 勤测勤纠,杜绝大量的纠偏，关闭超挖刀；适当提高土仓压力。

五、对策实施和确认

1.实施一：针对配浆人员实际操作经验不足情况；我们采取了走出去和请进来的办法对人员进行培训，同时辅以经济奖励的措施激励操作人员尽快熟悉搅拌设备，不断提高拌浆水平。

2.实施二：针对工艺方案交底不够情况；施工前就施工方案和施工工艺召开所有施工人员参加的交底会, 将施工方案和<推进指令单>，传达到责任人手中，让每个施工人员对自己的工作目标，施工工艺要求了然于心。

3.实施三：针对浆液配比不合适情况；我们确定浆液采用HSC、水玻璃双液浆，由技术人员与试验人员在现场进行配比试验，选择合适的配比。

1） 1 m3A液配比注（A液水灰比为 1：1）：

2）B液的配比：水玻璃。

水玻璃的比重波美度控制在25左右，A液的搅拌时间不少于7分钟。

3）盾构推进过后每6环进行一环环箍注浆，每环6个孔每孔分别注浆，注浆压力为0.35 Mpa，环箍注浆浆液采用HSC-水玻璃双液浆。达到充填完全，来限制浆液的流动，减小浆液流失。

4.实施四：针对二次补浆设备不匹配情况；我们通过调研、合理选型，选择SYB50-Ⅱ型液压注浆泵为新的二次补浆设备，在两个环箍之间进行二次补浆（补浆分两次进行，间隔时间为24小时），每一环箍内补两次浆，注浆孔位置为隧道顶部两侧的管片，即9点至3点之间。二次补浆量为同步注浆量的30%，注浆压力为0.45～0.60 Mpa。二次补浆在环箍注浆后12小时开始进行。

5.实施五：针对监测数据有误的情况；为保证测量数据的准确可靠，我们购买了先进的自动监测仪器，将人工测量数据与自动测量数据进行比较，确保测量数据的准确、可靠。监测部门针对监测数据进行分析，准确的提供地表沉降数值，绘制时态曲线，当时态曲线趋于平衡时，及时进行回归分析，推算出最终值，从而达到有效控制地面沉降的目的。

6.实施六：针对盾构机掘进速度与出土量不合理的措施；在盾构推进时综合考虑正面土仓压力、千斤顶推力、土体性质等因素，在推进时将盾构的姿态调整到最佳状态，在推进期间加强盾构姿态的测量，勤测勤纠，杜绝大量的纠偏；关闭超挖刀。推进速度控制在10～15mm/min，日掘进量控制在8环；每次出土时将出土量保持与车斗上沿持平，并通过试验计算出土的松散系数，使每环出土量符合计算值。

六、确认效果

在盾构机掘进了80环以后，我们对实施的效果进行了确认和分析，地面沉降控制在了8mm以内，满足了既定目标，同时保证了后续施工技术参数的可靠性，将地面沉降控制在8 mm以内，保证了地铁工程本身的安全和周边环境的安全。

七、结束语

通过严格的过程控制，使得盾构机在掘进过程中，其穿过的隧道上方土体沉降得到了很好的控制，地面沉降值控制在了8毫米以内，达到了预期效果，通过一定的投入改进了施工工艺，为顺利实现目标奠定了基础，经济效益明显。通过有效的控制地面沉降，保障了地面建筑物的结构安全，保证了工程的顺利进行，赢得了的称赞，树立了良好形象。

地面沉降由初始掘进时沉降8.5～12mm，提高到地表沉降稳定在8mm，有效的保证了地面建筑物的安全，保证了施工进度。尤其是在旁穿岔路口建筑群时，成功的保证了建筑物的结构安全，免去了增加楼群保护桩的措施，为工程施工赢得了时间和金钱。同时为稳定群众心理，构建和谐社会做出了贡献。

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