关于盾构施工技术难点及处理措施

摘要：盾构技术在地下工程领域的应用越来越广泛，盾构施工所面临的环境及地质条件也更复杂，对盾构施工技术难度越来越高，因此，盾构施工单位因不断创新和突破，加强质量控制，确保隧道施工质量。本文从盾构施工中的土体变形、地表沉降、对邻近隧道的破坏三方面探讨了盾构施工技术的难点及处理措施。

关键词：盾构施工；土体变形；地表沉降；邻近隧道

一、盾构施工中的土体变形

（一）土体变形的原因

（1）刀盘与周围士体之间的摩擦作用。这种摩擦作用会对土体产生一定的扭转切削作用，从而引起周围士体变形。（2）盾构开挖面支护力作用。盾构施工过程中，为了使开挖面土体稳定，开挖面通常保证有足够的支护力，以保持对开挖面前方土体产生“正面附加推力P”，其值一般控制在±20kPa，土体受到盾构挤压产生“挤土效应”，表现为开挖面前方地表产生隆起。（3）盾壳与周围土体之间的摩擦作用。盾构与土体之间的接触面积大，在土压力作用下，盾构机运动过程中产生较大的摩擦力，引起地表变形。（4）开挖卸载以及盾尾施工造成土体损失所产生的地表沉降。

（二）盾构施工中的土体变形的控制

（1）开挖面存在互层地基，特别是上软下硬时，开挖面支护压力控制以压力舱顶部支护压力测量值为准，而且极限支护压力大小由软弱土体的极限最小支护压力确定；（2）掘进施工中压力舱上部土体的压力波动范围控制在较小压力内；（3）掘进速度对开挖面失稳继续发展影响很大，保持正常的掘进速度至关重要，当掘进缓慢时，要结合掘进速度控制出土量；（4）当施工中发现出土量稍大时，盾构机通过该位置时考虑增加注浆量来补偿地层损失。

二、盾构施工地表沉降控制

（一）地表沉降的原因

1、地层性质

在岩土甚至一些软岩非挤压地层的隧道中，沿隧道纵向发生的不均匀变形很小，对隧道还未发现能构成大的危害；但在含水松软地层（粘土，软粘土）中，特别是在饱和含水、灵敏度较高的软土地区，施工阶段对土的扰动及使用阶段沿线新建工程的影响，使得隧道的不均匀沉降不容忽视。

2、密封压力仓（渣土仓，泥水仓等）压力

盾构开挖面主动土压力F1、水压力F2 和密封压力仓压力F 应始终满足F≥F1+F2，土体在开挖过程中才自立，保持稳定；在开挖过程中如果由于没能建立土压平衡，造成地下水大量流失，引起地表水位下降，地层中有效应力增加、使地层产生很大的固结沉降；地下水流动，使土体细颗粒产生运动，填充土体间隙，产生压密沉降。

3、衬砌环背后注浆量原因

衬砌环壁后进行同步注浆一般对地表的沉降控制，有很好的效果，但是因掘进时出土量过大而且注浆量不够，地表的沉降就不能得到及时有效的控制。反之，如果注浆量过大也会引起地表的隆起。

（二）地表沉降的控制

1、土体加固

土体加固包括隧道周围土体的加固和建筑物地基的加固。前者通过增大盾构隧道周围土体的强度和刚度，以减少或防止周围土体产生扰动和松弛，从而减少对近邻建筑物的影响，保证建筑物的正常使用和安全。后者通过加固建筑物地基，提高其承载强度和刚度而拟制建筑物的沉降变形。这两种加固措施一般采用化学注浆、喷射搅拌等地基加固的方法来进行施工。

2、前仓压力的设定

前仓压力的设定应随上覆土厚度的不同而变化。根据实践，一般设定为理论值（静止土压+水压）的105%～115%。推进速度的选取应尽量使土体受到的是切削而不是挤压。不同的地质条件推进速度不同。对于土压平衡盾构，施工中要注意调整掘进速度和排土量，使前仓压力的波动控制在最小幅度。

3、同步注浆

及时同步注浆以及二次补浆。同步注浆是盾构隧道施工加固土体、减少土体沉降的重要辅助工法.根据地层特点，选择合适的注浆材料、浆液配合比和恰当的注浆方法、工艺是保证注浆效果的关键。不同地层需要不同的注浆材料、配合比和工艺。另外，注浆材料不同，其适应性也不同。在注浆材料中加入其他有机高分子材料，可获得不同效果，如缓凝剂可减缓浆液的凝固等。浆液的配合比不同，其理化性能也不同，可根据需要进行合理选择。注浆工艺对注浆效果也有很大影响.同时，注浆工艺又受到施工场地、环境等条件的制约，应根据场地条件选择适宜的注浆工艺，以确保注浆效果。在这里特别提示一下注浆量的确定方法。

盾构推进的理论建筑总孔隙GP：

式中L为环宽，R为盾构外半径，r为管片外半径。

理论上讲，浆液只须100%充填建筑总空隙即口丁。以小松盾构机（TM625PMX）为例，它的外壳开挖面的最大直径为6.25m，管片外侧最大直径为6m，管片长度为1.2m，盾构机推进一环的空隙量为2.88m3，施工过程中，在不超挖前提下，注入率选用120%～150%，即注入量在3.5 m3～4.3 m3之间。

4、地表沉降监测

在实际施工中根据以往经验和地质情况，对地表沉降进行监测，并根据监测结果进行管理。在隧道中线上及两侧范围内布设测点进行水准测量，并将其结果尽快反馈应用到后续施工管理中，根据实际地表沉降情况采取相应对策，这是至关重要的，在盾构施工过程中地表监测对控制地表沉降有着指导性意义。

三、盾构施工对邻近隧道的影响

先期存在于土体中的隧道，随着时间的发展，周围土体已经或逐渐趋于稳定。邻近隧道的施工将导致土体应力状态的改变，使周围土体出现卸载或加载的复杂行为，对于挤压式盾构，一般由于处于欠开挖状态，盾构前方土体在盾构推力作用下向周围挤压，从而使周围土体产生一定的位移和附加应力见图1，作用在邻近已有隧道上，就会大大改变其受力状态，发生变形和移动，严重时可能造成管道移位或导致管道破坏。

图1

为降低盾构施工对邻近隧道的影响需做好以下工作：

1、施工监测

在盾构施工过程中，必须对施工影响实施全过程进行监测、及时提供监测信息和预报，以便评估盾构施工对既有隧道及邻近管线建筑物的影响程度，预报可能发生的安全隐患。在监测过程中，对各监测项目的监测值可采用预警值、报警值、极限值三个等级进行控制。

2、施工过程控制

施工过程控制的应用在于严格控制每一施工步序的地表沉降值或水平位移值，从而最终到达控制地表的整个沉降值和水平位移值在控制标准内，其步骤是：依据现场调查、工程经验，参考计算分析，在满足建筑物的结构承载力的前提下，综合考虑 经济 技术指标，确定施工过程中控制参数的总的控制指标；在此基础上，结合前面的施工工法，确定每道工序的控制目标。依据以往经验，结合 理论、数值计算，给出每步控制标准；在施工过程中，如前一步施工工序控制参数在控制标准范围内，则继续施工，如前一步工序控制参数超过该步控制标准，则调整以后施工过程，保证提出每一道工序的沉降控制值与位移控制值。

结束语

目前，我国的盾构施工技术已达到一定的水准，但与国外相比，尚有差距。随着盾构施工的发展和进步，首先要提高设计、施工人员的科技水平；其次在盾构施工过程中，施工单位要进行合理的施工工艺选择，针对每一盾构工程的具体特点制定有针对性的技术措施，采取相应的质量控制措施并严格执行。这么一来，不但施工技术难点能够攻破，也确保了工程质量。

参考文献：

[1]李鸿威，刘树亚.地铁工程中盾构法隧道的质量缺陷和改进办法[J].西部探矿工程，2003（12）.

[2]姜忻良，崔奕，李同，等，天铁盾构施工地层变形实测及动态模拟[J].岩土力学，2005（10）.