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一級建造師市政實務精華考點：盾構法施工地層變形控制措施

一、近接施工與近接施工管理

(1)新建盾構隧道穿越或鄰近既有地下管線、交通設施、建(構)筑物(以下簡稱既有結構物)的施工被稱為近接施工。

在城市中近接施工不可避免，且隨著地下空間的開發利用會日益增多。因此，盾構施工必須考慮控制影響區域的地層變形，采取有效的既有結構物保護措施。

(2)近接施工管理：

1)盾構近接施工會引發地層變形，對既有結構物會造成不同程度的有害影響;因此有必要采取系統性措施控制地層變形以保護既有結構物。首先，應詳細調查工程條件、地質條件、環境條件(即既有結構物現況與安全要求)，在調查的基礎上進行分析與預測、制定防護措施;其次，制定專項施工方案;最后，施工過程中通過監控量測反饋指導施工而確保既有結構物安全。

二、地層變形與既有結構物變位與變形

(一)地層變形原因和階段

(1)盾構掘進時，引起地層變形的主要原因大致有以下幾個：

1)開挖面的土、水壓力與盾構壓力倉壓力不均衡，引起前方地表沉降或隆起。

2)由于盾殼摩擦和曲線推進及糾偏對圍巖產生擾動，引起地層沉降或隆起。

3)壁后同步注漿不及時或不充分，導致盾尾空隙的發生，引起地層沉降。

4)由于接頭螺栓緊固不足等原因引起一次襯砌的變形及變位，從而增大地層下沉。

5)開挖或襯砌滲漏導致地下水位下降，引起地層固結沉降。

三、盾構掘進地層變形控制措施

由于盾構掘進引起地層變形的原因不同，各階段的機理也不相同，因此必須有針對性地采取控制措施。

(1)防止開挖面的土水壓力不均衡引起變形的措施：

土壓平衡盾構可通過調整推進速度與螺旋出土器的轉速，使壓力艙壓力與開挖面土水壓力相對應。另外，根據需要注入適當的添加劑增加開挖土體的塑流性。

泥水加壓盾構可根據開挖面土層的透水性來調整泥漿特性，并仔細進行泥漿管理，使壓力艙壓力始終對應于開挖面的土水壓力。實施這些開挖面穩定管理的同時，還應根據需要研究相應的輔助施工方法以保證圍巖的穩定。

(2)減小盾構穿越過程中圍巖變形的措施：控制好盾構姿態，避免不必要的糾偏作業。出現偏差時，應本著勤糾、少糾、適度的原則操作。糾偏時或曲線掘進時需要超挖，應合理確定超挖半徑與超挖范圍，盡可能減少超挖。土壓平衡盾構在軟弱或松散地層掘進時，盾構外周與周圍土體的黏滯阻力或摩擦力較大時，應采取減阻措施。

(3)減小盾尾脫出導致地層變形的措施：用同步注漿方式，及時填充尾部空隙;根據地質條件、工程條件等因素，合理選擇單液注漿或雙液注漿，正確選用注漿材料與配合比，以便及時穩定住拼裝好的襯砌結構;加強注漿量與注漿壓力控制;及時進行二次注漿。

(4)防止襯砌引起變形的措施：為了防止管片環變形，必須使用形狀保持裝置等來確保管片組裝精度，同時充分緊固接頭螺栓。

(5)防止開挖或襯砌滲漏導致地下水位下降的措施：為了防止從管片接頭、壁后注漿孔等部位漏水，必須精細地進行管片組裝及防水作業。

四、地層變形的預測和施工監測

(1)為了減少地層變形，推進前應根據過去的施工經驗和有限單元法等進行預測，以預測結果為依據設定土倉壓力或泥水倉壓力管理基準值。同時，在推進時，要在隧道中心線上及其兩側范圍內設定變形監測點，根據變形監測結果適時地調整管理基準值。這一過程在盾構掘進施工管理中是很重要的。

(2)地面和隧道內監測點宜在同一斷面布設;盾構通過后，處于同一斷面內的監測數據應同步采集，并應收集同期盾構掘進參數。

(3)施工監測項目應符合表1K35的規定。當穿越水域、建(構)筑物及其他有特殊要求地段時，應根據設計要求確定。

(4)豎向位移監測可采用水準測量方法，水準基點應埋設在變形影響范圍外，且不得少于3 個;水平位移監測可采用邊角測量或衛星定位等方法，并應建立水平位移監測控制網，水平位移監測控制點宜采用具有強制對中裝置的觀測墩和照準裝置;當采用物理傳感器監測時，傳感器埋設應符合儀器埋設規定和監測方案的規定;當豎向位移監測采用靜力水準測量方法時，靜力水準的埋設、連接、觀測、數據處理等應符合國家現行相關標準要求，測量精度應與水準測量要求相同。

【案例1K35】

1.背景

某地鐵隧道盾構法施工，隧道穿越土層有黏土、粉土、細砂、小粒徑砂卵石、含有上層滯水，覆土厚度8~14m，采用土壓平衡盾構施工。施工項目部依據施工組織設計在具備始發條件后開始隧道施工，掘進過程中始終按施工組織設計規定的各項施工參數執行。

施工過程中發生以下事件：

事件一：拆除始發工作井洞口圍護結構后發現洞口土體滲水，洞口土體加固段掘進時地表沉降超過允許值。

事件二：在細砂、砂卵石地層中掘進時，土壓計顯示開挖面土壓波動較大;從螺旋輸送機排出的土砂坍落度較低。

【問題】

(1)施工項目部依據施工組織設計開始隧道施工是否正確?如不正確，寫出正確做法。

(2)掘進過程中始終按施工組織設計規定的各項施工參數執行是否正確?如不正確，寫出正確做法。

(3)分析事件一發生的主要原因以及正確的做法。

(4)分析事件二發生的主要原因以及應采取的對策。

【參考答案】

(1)不正確。根據住房和城鄉建設部《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》(建質[]87號)的規定，盾構工程屬于危險性較大的分部分項工程，開工前施工單位必須編制專項施工方案，并應組織專家對專項方案進行論證。

(2)不正確。首先，在初始掘進過程中應根據收集的盾構掘進數據(推力、刀盤扭矩等)及地層變形量測量數據，判斷土壓(泥水壓)、注漿量、注漿壓力等設定值是否適當，及時進行調整，并通過測量盾構與襯砌的位置，及早把握盾構掘進方向控制特性，為正常掘進控制提供依據。其次，由于掘進過程中地層條件、覆土厚度等差異很大，應根據實際情況適時調整施工參數。最后，根據反饋的監控量測數據及時調整相關的施工參數。

(3)事件一發生的主要原因是洞口土體加固效果不滿足要求。正確做法是：

1)根據地質條件、地下水位、盾構種類與外形尺寸、覆土深度及施工環境條件等，明確加固目的后，合理確定加固方法與加固范圍;本案例的加固目的，既要加固又應止水。

2)拆除洞口圍護結構前要確認洞口土體加固效果，必要時進行補注漿加固。

(4)事件二發生的主要原因是塑流化改良效果欠佳。應采取的對策主要有：

1)選擇適宜的改良材料，并適當提高添加比例。

2)開挖面土壓波動大的情況下，開挖面一般不穩定，此時應加強出土量管理。

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