盾構(gòu)法區(qū)間沉降的系統(tǒng)性分析

1、第78周工作報告曾凡宇工作概述（一）工程現(xiàn)階段進展8號線拆撐施工，趙家條站至羅家莊站盾構(gòu)推進，附屬結(jié)構(gòu)鉆孔樁施工。（二）主要工作內(nèi)容整理采集數(shù)據(jù)；由于右線暫推至70余環(huán)，則錄入右線前70環(huán)數(shù)據(jù)，并與左線前70環(huán)進行對比，對比分析沉降原因；將監(jiān)測數(shù)據(jù)與盾構(gòu)掘進過程匹配，得出開挖全程的沉降變化曲線。沉降問題對比分析第1環(huán)的成型里程為DK21+885.800,第70環(huán)的成型里程為DK21+989.300DCJ1- 位置為DK21+885.000，DCJ10- 位置為DK22+006.000。注：右線第10監(jiān)測點沉降暫未穩(wěn)定。根據(jù)檢測報告，從第4點開始右線累計沉降比左線累計沉降有明顯減少，平均減少量為

2、10余mm。但第1-3點左線累計沉降比右線少，第3點沉降差距尤其大，再考慮到始發(fā)區(qū)有9m長的土體加固區(qū)，所以分為兩類考慮。（一）第4-9監(jiān)測點段首先，地質(zhì)情況是類似的，且經(jīng)查證漿液的質(zhì)量配比（水泥：粉煤灰：水：膨潤土：砂=100：400：230：30：240）是恒定的，漿液稠度也相對穩(wěn)定。每環(huán)出土量左右兩線均為四車。則初步認為左線大幅沉降是盾構(gòu)機操作的原因?？刂瞥两抵饕怯删蜻M與同步注漿這兩個主要工序決定。1.土倉壓力盾構(gòu)機土壓力的測量分為上下左右四個點位，由于土壓力數(shù)據(jù)十分敏感波動很大，對數(shù)據(jù)采集造成了一些困難。在此，土壓力記錄采取了人工隨機抓取10次數(shù)據(jù)，去掉各個最高值與最低值再求平均值的

3、方法得出。每天一次，共在右線記錄了10次。得出掘進時平均土壓并取整：上90KPa，右120KPa，下100KPa，左180KPa，暫停掘進時平均土壓上40KPa，右90KPa，下60KPa，左130KPa。因為盾構(gòu)推進的某一瞬時，土倉內(nèi)充滿碴土，盾構(gòu)機向前產(chǎn)生了一定的位移，盾構(gòu)土倉隔板對土倉內(nèi)土體產(chǎn)生推擠，土倉內(nèi)的土體對土倉隔板產(chǎn)生的土壓力為被動土壓力。盾構(gòu)停機時，土倉內(nèi)充滿碴土，盾構(gòu)土倉隔板對土倉內(nèi)土體不產(chǎn)生位移，土倉內(nèi)的土體對土倉隔板產(chǎn)生的土壓力為靜止土壓力。而由于土倉壓力的設(shè)定還需由開挖面前方土壓力的大小的理論計算作為指導，遵從以土倉壓力與開挖面前方土壓力基本相等的原則，土壓力測表只能作

4、為參考數(shù)據(jù)。土倉壓力設(shè)定作為上限值，以盡量控制地表面的沉降為目的而使用靜止土壓力；作為下限值，可以允許產(chǎn)生少量的地表沉降，但可確保開挖面的穩(wěn)定為目的而使用主動土壓力。則根據(jù)朗肯被動、靜止土壓力，對覆土深度為11m和13m的情況進行試算得出：土倉壓力范圍在0.116-0.202bar，0.126-0.213bar。所以實際測值與土力學理論相符。而實際掘進時的土倉壓力設(shè)定值左線為0.16bar，右線為0.11bar。 其中值得注意的是土倉內(nèi)土體是經(jīng)過刀盤切削后的重塑土，而土倉內(nèi)的土體取樣十分困難。物理力學指標又與碴土密實度、土體細顆粒含量大小等相關(guān)，受盾構(gòu)施工狀態(tài)影響較大。所以理論計算仍需與實際經(jīng)

5、驗相結(jié)合。而本隧道地層穩(wěn)定性較差且左線地面沉降已不滿足要求，則右線不應降低土倉壓力而應在施工過程中考慮不利因素的影響，刀盤倉壓力宜略提高0.10.3bar，大約0.2bar時，就應可解決不利因素造成的影響，減小刀盤倉影響范圍內(nèi)地表沉降值，又不會因壓力過高造成地面隆起。甚至對于各種含水或富含水砂層并且地面有建筑物狀況，土壓應考慮高于隧道埋深靜水壓力并能夠產(chǎn)生地面約23mm隆起以應對后期沉降。但由于地面沉降等往往有幾天的滯后期，盾構(gòu)開挖過程中在開挖面前方產(chǎn)生的地層沉降會在盾構(gòu)通過之后隨時間的推移逐步發(fā)展到地面，這就使通過監(jiān)測來控制土倉壓力值產(chǎn)生了難度。2.掘進速度（藍分割線右側(cè)為第4-9監(jiān)測點數(shù)據(jù)

6、）由于盾構(gòu)機出現(xiàn)至今仍不明情況的問題，導致推進速度較慢，故右線速度大大低于左線，求的右線每環(huán)平均掘進速度為10.17mm/min，左線每環(huán)平均掘進速度為22.76mm/min。左線平均3.2環(huán)/天，右線平均2.2環(huán)/天。左線區(qū)間內(nèi)最快速度為11-12環(huán)/天，本文將最快速度下掘進與沉降的關(guān)系另作分析。而掘進速度過快主要是影響了同步注漿的質(zhì)量，推進速度為20mm/min以上時一環(huán)掘進的時間大約為一小時，而拼裝時間也為一小時，而漿體的初凝時間為4-6小時。則如此會導致注漿無法跟上，漿體無法初凝。由于地層為砂性土，對擾動敏感、反應迅速，在短期內(nèi)形成足夠的強度之前的時間越長就會導致更大的沉降。盾尾漏漿根

7、據(jù)司機敘述，左線施工時盾尾刷脫落，導致漏漿問題時大時小，且為了趕工期導致維修不及時。加劇了由于同步注漿產(chǎn)生的沉降，而右線已經(jīng)修復了此問題。此點為施工管理問題，不做過多分析，僅作為可能造成不利影響的因素而列出。（二）第1-3監(jiān)測點段1.超挖由掘進速度圖可知，右線掘進速度不足10mm/min，雖然同步注漿的質(zhì)量能得以保證。但其對應的刀盤轉(zhuǎn)速和螺旋輸送機轉(zhuǎn)速仍處于較高水平，導致掌子面受力不穩(wěn)定，排土增加，從而產(chǎn)生另一個問題：超挖。盾構(gòu)掘進時不可避免的會產(chǎn)生震動，對隧道頂上及周邊的土體就會存在擾動。而速度過慢時，仍然對土體擾動的致使刀盤不可避免的大量開挖出超出設(shè)計斷面的土體，出土量的增加直接會引起沉降

8、的加劇。成為影響沉降的主要原因。第三監(jiān)測點出現(xiàn)的近6cm的最值沉降，而通過該段時掘進速度僅為8mm/min，且暫停施工一天余，正是盾構(gòu)掘進進展最慢的區(qū)段。2.加固區(qū)的不同之處而由左線隧道小沉降可知，通過地層加固等手段進行改善開挖面前土體的性質(zhì)，可以大大減下砂性土層地下水含量豐富、地層反應速度較快、且地層自穩(wěn)能力較差的特性所帶來的不利影響。但受加固條件和成本控制等的影響，一般情況下不可取，僅在始發(fā)端頭等處采取地層加固措施。開挖面前方土體性質(zhì)大多下不可人為改變，就需要通過改善土倉內(nèi)土體性質(zhì)，并采用輔助技術(shù)措施改變土倉內(nèi)土壓力的大小，使土倉壓力的大小與開挖面前方土壓力大致相等，實現(xiàn)土壓平衡模式掘進。

9、兩段皆可能存在的導致沉降偏大的因素渣土改良控制：根據(jù)司機敘述，盾構(gòu)掘進中螺旋輸送機口出現(xiàn)過噴水狀況，查閱論文知其在工程界稱為噴涌。其成因有地層條件、水壓、掘進參數(shù)等。在砂土層中地下水的通路沒有阻斷，泡沫劑或膨潤土不合適，土體改良效果欠佳，在水流量大或水力梯度大的情況下，就極易發(fā)生。此時需要對碴土改良材料和配比進行從新選擇和設(shè)計。采用膨潤土和泡沫劑進行碴土改良，可提高碴土流塑，出碴均勻，地層損失率減小，地表沉降得到了控制。向刀盤倉土體注入膨潤土和泡沫劑后，膨潤土漿液圍繞在顆粒周圍，形成一層泥膜，建立起泥土壓力，在開挖面形成有效的支撐結(jié)構(gòu)，一定程度上保持了水土平衡，使盾構(gòu)到達前部位沉降值得到有效控

10、制。注意觀察出渣渣土的狀況。從渣土的粘性，塊狀物大小可以看出刀盤渣土改良狀況。從渣土中的泡沫狀況可以看出泡沫改良的效果，同時判斷泡沫是否合適。（四）兩段扭矩與推力的對比可知右線除前小段由于出現(xiàn)問題掘進速度過慢使得扭矩比左線小，剩余段均大于左線。可知右線推力均大于左線。扭矩、推力在砂層中主要影響原因有：土倉壓力、盾構(gòu)推進的姿態(tài)。倉內(nèi)壓力過大，會使得管片給盾構(gòu)機很大的一個反作用力，會使盾構(gòu)機的推力變大；且為了保證倉內(nèi)壓力，會在土倉內(nèi)存有積土。如果倉內(nèi)存土較多，就會增大刀盤扭矩。但由于右線土倉壓力反而比左線小，則右線扭矩推力均偏大的問題的原因應該是盾構(gòu)推進的姿態(tài)不對。盾構(gòu)應該正常推進情況下是保持一個

11、正確的姿態(tài)，是順勢走，而不是擰著勁走。結(jié)合盾構(gòu)機在右線出現(xiàn)問題后的治標的解決辦法為了保持較高的掘進速度間隔一段時間需調(diào)整盾構(gòu)機姿態(tài)，符合最初的假設(shè)。三、沉降最大處的工況分析CJD34-3點處沉降達到近25cm，CJD33-、CJD33-處最大沉降亦達到20cm，為區(qū)間之最。下文將從地質(zhì)情況、掘進參數(shù)等方面分析沉降過大原因。監(jiān)測點對應里程為DK22+533DK22+553。而其對應的環(huán)號是434-447環(huán)。注：1#、9#監(jiān)測點因故損壞，可將沉降槽與正太分布曲線相擬合，能得出相對準確的斷面沉降圖并彌補測點的缺失。土壓力2.1掘進速度55轉(zhuǎn)速1.3扭矩1550總推力1200由于該研究段環(huán)數(shù)少，波動不

12、大直接取算數(shù)平均值，相對應掘進數(shù)據(jù)如右表： 該段區(qū)間上方有磚混排水箱涵，凈距約近7米，土體性質(zhì)與其他區(qū)間、車站相比相差不大。很明顯，從扭矩、推力和土壓力來看，盾構(gòu)機的推進狀況是非常良好的。但正是因為推進狀況良好，使得掘進速度過快，達到了50-60mm/min，導致注漿效果非常不好，而根據(jù)沉降發(fā)展圖得出，注漿效果不良使得開挖時和開挖后的沉降都大幅增加，最終導致沉降大大超出限定值?？焖偻ㄟ^斷面后, 由于盾尾間隙產(chǎn)生沒有足夠漿體的填補會導致盾構(gòu)通過時地表沉降產(chǎn)生較大的短期瞬時沉降。而盾構(gòu)經(jīng)過以后，因為填充不密實、不及時、填充材料強度不夠高，均可導致盾構(gòu)掘進過后的固結(jié)沉降過大，導致沉降量持續(xù)增加。最終

13、導致大量沉降。各推進過程的沉降分析產(chǎn)生沉降的原因主要分為三大部分：盾構(gòu)到達前的沉降、盾構(gòu)通過時地表沉降和盾構(gòu)經(jīng)過以后產(chǎn)生的固結(jié)沉降。于是左線隨機選取DCJ22-監(jiān)測斷面作研究對象，右線由于工程進度限制選取DCJ6-監(jiān)測斷面。由于掘進的環(huán)號與開挖面的實際位置相隔4環(huán)，即可按此法將監(jiān)測時刻與掘進時刻相對應。注：始發(fā)端監(jiān)測20余次后轉(zhuǎn)點測量，前點不再觀測，盾構(gòu)經(jīng)過以后的沉降變化暫無法監(jiān)測根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，施工過程中地表沉降在盾構(gòu)通過范圍內(nèi)變化較大，其次是盾構(gòu)經(jīng)過以后產(chǎn)生的固結(jié)沉降，再次是盾構(gòu)到達前沉降，如圖所示。盾構(gòu)通過時地表沉降原因分析1盾構(gòu)掘進時，對隧道頂上及周邊的土體存在擾動，

14、土體松動圈會沿著地層逐漸向土體上方傳遞，土體壓力松弛，造成地表沉降的；盾構(gòu)掘進過程時對孔隙水壓力平衡的破壞，引起周圍孔隙水壓力的下降，由于在富水砂層中，壓力下降及松動的傳遞效應明顯，從而顯示地表沉降速度快的特點；盾構(gòu)掘進時刀盤倉壓力與土體壓力存在壓力差，造成土體平衡被打破，刀盤通過后地層會發(fā)生較大變化；掘進時刀盤的出土量未控制到位，造成出土量偏大或偏小均會對地層的沉降或隆起產(chǎn)生很大的影響。由于盾構(gòu)通過時地表沉降增長過大，可判定是出土量控制仍未到位。理論出土43方，實際出土量采取經(jīng)驗估算，為4車多每車12方則共接近50方。考慮到渣土有一定的松散系數(shù)，折減之后仍有縮小的空間。固結(jié)沉降原因分析盾構(gòu)經(jīng)過以后，立即對管片與地層之間的間隙進行填充，填充中因為填充不密實、不及時或填充物材料和配比不合適掘進的地層，均可導致盾構(gòu)掘進過后的固結(jié)沉降過大，導致沉降量持續(xù)增加。盾構(gòu)到達前沉降原因分析盾構(gòu)掘進中，地下水因盾構(gòu)掘進產(chǎn)生泄壓作用，部分地下水流入刀盤倉，導致盾構(gòu)達到前范圍內(nèi)的地下水壓力減小，砂層迅速反應，導致盾構(gòu)達到前范圍內(nèi)地層發(fā)生變化，地層較之前更為密實，反應至地面產(chǎn)生地表沉降。工作總結(jié)較為詳盡全面的處理沉降問題，并試著給出了相應的解釋分析。歸根結(jié)底，沉降問題主要是由土倉壓力和同步注漿影響。而兩者的關(guān)系、工程效率和質(zhì)量的關(guān)系都是