盾构施工对隧道的影响

摘要：盾构法施工要保证隧道的实际轴线和设计轴线相吻合，使隧道不漏水，掌子面不产生大的变形、甚至坍塌，减少对周围环境的影响就必须重视施工技术与质量管控。本文所分析了盾构施工对施工隧道与既有邻近隧道的影响、并针对性提出预控措施，减少对隧道的不良影响。

关键词：盾构；隧道；渗漏水；沉降

Shield: the construction to ensure that the real axis of the tunnel axis and the design is consistent, the tunnel is not leaking, the constraints do not produce large deformation or even collapse, reduce the impact on the environment must be attaches great importance to the construction technology and quality control. This article analyzes the shield construction of tunnel and the existing adjacent tunnel, and the influence of the targeted control counter measures are put forward, to reduce the bad effect of the tunnel.

Key words: shield; The tunnel; Water leakage; settlement

中图分类号： U455.43 文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

前言

盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法,它是将盾构机械在地中推进,通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌,同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械运出洞外,靠千斤顶在后部加压顶进,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构的一种机械化。隧道的综合防水能力，隧道施工过程对地层的扰动、对周围环境的影响等也是反映隧道施工质量的重要指标。盾构施工受多方面的因素影响特别是施工技术的不到位造成隧道土体失稳、渗漏水的质量问题，致使隧洞质量不达标。本文所分析的盾构施工对隧道的影响主要是指隧道施工过程中对于施工隧道所造成的地表沉降、隧道渗漏水和对于既有隧道影响。

一、盾构施工对地表沉降的影响

盾构施工必然扰动地层土体,引发地层损失、隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,这是构成地面沉降的根本原因.在软土地层中用盾构法施工隧道,因地层损失和土体扰动,必然引起地表变形.表现在盾构机掘进的前方和顶部会产生微量的隆起,盾构机部分通过地表开始下沉,盾尾脱离后地表下沉加快,并形成一定宽度的沉降槽地带,下沉的速率随时间而逐渐衰减,且与盾构经过的地质,施工工况和地表荷载等有密切的关系,并表现出相当大的差异性。

（一）地表沉降的问题分析

1、掘进过程中出土量原因。一般情况下，掘进一环的出土量是固定不变的。但是根据地层的不同其松散系数是不一样的。如果在掘进过程中出现超挖而出土过量，必定会引起地表的不同程度的沉降。2、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。

3、正面土压力选择不当

（二）地表沉降控制对策

1、干砂量控制

干砂量即环流系统从开挖面实际携带出来的砂土量与理论掘削干砂量有一定偏差，应根据实际地层加强对泥浆压力和泥浆品质的控制，使泥浆压力始终对应于开挖面的土水压力，严格控制出土量，以稳定工作面。

2、注浆控制

以双液注浆来讲，可根据不同的地层状态选择不同的配合比，以调节硬化时间，并采用同步注浆，使浆液能及时充填盾尾间隙，补充因盾构施工引起的土体损失，保持适当压力，增加注浆量，控制沉降。

3、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。

4、实施预前加固，方法及适用如下图所示：

5、正确地计算选择合理的舱压，舱压应采用静止水土压力的1.2倍左右；掘进由膨润土悬胶液稳定，水压力可以精细调节。膨润土悬胶液由空气控制，随时补偿正面压力的变化。

6、流砂地质条件时，要及时补充新鲜泥浆。事前检验泥浆物理性质，包括流变试验，渗透试验，成泥膜的检验。测定固体颗粒的密度，泥浆密度，屈服应力，塑性粘滞度，颗粒大小分布。泥浆可渗入砂性土层一定的深度，在很短时间内形成一层泥膜。这种泥膜有助于提高土层的自立能力，从而使泥水舱土压力泥浆对整个开挖面发挥有效的支护作用。对透水性小的粘性土可用原状土造浆，并使泥浆压力同开挖面土层始终动态平衡。

三、盾构施工对隧道渗漏水的影响

（一） 隧道渗漏水原因分析

1、管片方面。管片在制作时出现质量问题；管片在运输、拼装中受挤压、碰撞、缺边掉角；盾构与管片姿态不好；管片拼装质量差；管片上浮或侧移，造成管片破损，引起管片渗漏。

2、壁后注浆质量差、充填不密实,不能使围岩和衬砌整体协调受力,造成受力不均,局部变形过大,首道防水层失去作用而引起渗漏水。注浆量不足容易引起隧道后期产生较大沉降变形而渗漏。

3、掘进过程中推力不均匀。掘进过程中推力不均匀造成管片受力不均匀而产生裂纹、贯穿性断裂等而渗漏水；在掘进困难时推力过大也会造成管片产生裂纹而渗漏水。

4、转弯处转弯环选型不准确。在水平方向上存在曲线的路线上，曲线内径与外径所存在的长度差即是管片左右侧存在的楔形总量，如果转弯环拼装数量不足或过多，造成管片楔形总量少于或超过曲线内外径实际差值，就会造成管片间隙，使相邻管片止水带不能正常吻合压紧，从而引起漏水。

5、盾构前进反力不足盾构前进反力不足，易导致管片接缝不严，致使管片渗漏。此种状态主要出现在始发及到达掘进阶段，正面无土压力或土压力较小情况下，盾构前进阻力所提供的反力远小于管片止水胶条所需的挤压力，从而易产生因反力不足而导致管片止水胶条挤压不实，影响管片止水条的防水性能，造成管片接缝渗漏。

（二）隧道渗漏水对策

1、管片方面

做好管片存贮工作；管片运输过程中，使用弹性的保护衬垫将管片与管片之间隔离开，以免发生碰撞而损坏管片；在起吊过程中要小心轻放，防止磕坏管片的边角；提高管片拼装的质量，及时纠正环面不平整度、环面与隧道设计轴线不垂直度、纵缝偏差等质量问题；拼装时将封顶块管片的开口部位留得稍大一些，使封顶块能顺利地插人；发生管片与盾壳相碰，应在下一环盾构推进时立即进行纠偏；严格控制螺栓的加工质量，定期抽查，发现问题及时更换。不符合质量要求的螺栓应退换；及时纠正环面不平或环面与隧道轴线不垂直度等，使每个螺栓都能正确地穿过螺孔；对破损的管片及时进行修补，运输过程中造成的损坏应在贴止水条以前修补好；对于因为管片与盾壳相碰而在推进或拼装过程中被挤坏的管片，也应原地进行修补，以对止水条起保护作用。

2、控制盾构机姿态及参数

盾构机过量的蛇形运动必然造成频繁纠偏，纠偏过程就会使管片环面受力不均。所以必须控制好盾构机姿态，发现偏差时应逐步纠正，避免突然纠偏而造成管片环面受力严重不均。要合理调整各区域千斤顶油压，使油压差不宜过大。同时要跟踪测量管片法面的变化，及时利用环面黏贴石棉橡胶板纠偏，黏贴时上下呈阶梯状分布。

3、在盾构始发掘进前，应根据线路情况对盾构区间管片选型进行排版，对管片生产、储备和掘进中管片选型进行指导。在水平方向上存在曲线的路线上，根据曲线内径与外径长度差的楔形总量拼装数量合适的转弯环，使相邻管片止水带正常吻合压紧。

4、盾构前进反力不足情况下，应在管片安装完成后及时做好三次复紧工作，特殊情况下可通过加设支撑结构，为盾构机空推提供反力，盾构机每掘进一环，都从刀盘开口伸出4个支撑顶在隧道初支上提供反力，使盾构机推进千斤顶总推力达到300～500T，管片压紧拧紧螺栓，收回支撑臂，然后恢复盾构掘进。

5、盾构推进后, 盾尾空隙在围岩坍落前及时地进行注浆填充, 不但可防止地面下沉, 而且有利于隧道衬砌的防水, 选择合适的浆液( 浆液具有初始粘度低、微膨胀、后期强度高等特点) 、注浆参数、注浆工艺, 可形成稳定的管片防水层, 将管片包围起来, 形成一个保护圈。采取同步注浆和二次补强注浆双重措施。

6、盾构进出洞时, 由于推力小, 管片弹性密封垫难以压紧, 施工中应采取管片拉紧措施, 并加强二次注浆防水。在洞门和区间隧道管片、洞门和车站刚性接头中设置水膨胀橡胶止水条或止水带, 变形缝设置加厚的复合型弹性密封垫。

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

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,盾构施工难度和风险越来越大，因此，盾构施工单位因不断创新和突破，加强质量管控，减少对隧道的不利影响，确保隧道施工安全与质量。

参考文献

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