超深覆土下盾构穿越软硬不均地层的土压力设定.docx

1、超深覆土下盾构穿越软硬不均地层的土压力设定【摘要】：结合上海轨道交通12号线复兴岛站利津路站区间的施工，分析、总结了盾构在上硬卜.软地层中推进时的土压力设定的一些方法、经验【关键词】：土压力、软硬不均、盾构姿态1前言上海城市轨道交通己经过20余年的发展，施工技术日趋成熟，但此前由丁城市地下空间利用率不高，地下空间开发的条件相对较好，此前的盾构法隧道的施工绝大部分位于浅层地下空间内，城市轨道交通建设中涉及的盾构法隧道其埋深普遍在20mo随着地下空间开发的日趋饱和，对地下空间的开发逐步向深层地下空间发展，盾构法隧道也不可避免向超大埋深发展，地层越深所遇到的地质条件更复杂，尤其是上海地区的地质情况，

2、隧道埋深如超过30m,盾构推进将穿越、1及2层土，为上硬下软的土层，盾构在穿越软硬不均的地层时由于上卜土层强度不均口J.能会引起盾构工作面的不稳定，易造成盾构轴线偏离。所以在超深覆十.及上硬下软土层双重因素下，盾构推进时头部土压力的设定也更复杂，十.压力设定是否合理对于盾构姿态控制、管片拼装质量都会起到直接影响。本文以上海轨道交通12号线26标复兴岛站利津路站区间隧道工程为依托，对于盾构穿越、1及层期间的土压力设定、盾构姿态及管片拼装质量进行分析，研究，总结出盾构在超深覆土下穿越软硬不均地层的土压力设定方法。2工程概况2.1工程简述复兴岛站利津路站区间采用2台盾构机自利津路站西端头井依次始发,

3、经伟莱家园居民小区，朱家门煤炭装卸码头厂区，穿越黄浦江后进入沪东中华船厂厂区，至复兴岛站东端头井接收。上行线隧道长1566.237m,卜.行线隧道长1565.673m。隧道最大坡度为30%。，最大埋深约36m。2.2地质情况根据地质勘探报告，区间隧道长距离全断面穿越层暗绿草黄色粘土层、1层草黄灰色砂质粉土层，2层草黄灰色粉细砂。其中层土为上海标致性硬土层，1、®2层为承压水软土层。区间隧道第70环进入层土、第200环隧道底部出现层、第400环隧道全断面进入层土，盾构穿越上硬下软的长度近240米。n朗条草黄色帖土II层草黄哝色倾粘土ii层草黄灰色醐砂地质剖面图3盾构推进时的土压力设定及

4、效果3.1理论土压力计算区间隧道施工前根据地质勘探资料提供的盾构施工区域上部各层土体的性质及厚度，对盾构施工理论土压力进行计算。根据土压力计算原则，粘土层采用水土合算、砂性土采用水土分算。盾构中心位于层土，采用水土合算公式：%=、奶吊+«%+丁乩）盾构中心位于层土，采用水土分算公式：&=Ko（/|-/水）"+（，2-"）/+（儿水）乩+"/总计算得到的理论土压力如下:土层容重(KN/m3)土层厚度（m）118.02.92.42.323342.9118.61.11.31.11.41.51.317.61.21.11.61.91.90.7j18.51.

5、92.73.62.12.133.93.717.63.33.53.73.83.544.56.4116.910.697.7988.27.981-117.13433.843.33.33L217.91.33.232.71.82.73319.40.623.74.84.84.54.5118.70.83.55环号179204240274305342376424土压力(Mpa)0.360.400.400.430.440.410.450.483.2实际土压力设定本区间下行线隧道先行施工，由于计算得到的理论土压力偏大，高于以往施工经验值,且区间隧道进入200环后，隧道覆土逐步增大，由26米增加至36米，总推力己达

6、到近3000t,这都是以往盾构施工未曾遇到的。考虑到降低总推力的需要，同时对地面沉降情况进行分析(见下图)：地面沉降点变化较稳定，盾构推进期间单次变化量及累计变化量均在允许范围内，故下行线盾构在软硬不均土层中初期穿越时土压力设定均维持在0.30Mpa,较理论土压力值偏低O.IMpao002ml_m,«02ooSIKlIJN:319星时-»-CX210A-CX22Orsi-4CX200b-CX230ouS监测点累计变化曲线图3.3土压力设定过低引起的后果3.3.1盾构姿态恶化对于下行线隧道210环450环盾构姿态变化绘制曲线图进行统计后可以发现，由于土压力设定过低，盾构推进中

7、容易磕头，存在部分超挖现象，自210环以后开始整体下沉，切II上下最大偏差达到-63mm,盾构上下最大偏差达到-119mm。为避免盾构机整体下沉，千斤顶区域油压纠偏时，下部油压较大，上部油压小，盾构机呈“抬头状”向前推进，造成管片坡度大于设计坡度、盾构机坡度小于设计坡度的状况，管片与盾构机之间的夹角最大时达到18%0,盾构机下部长时间没有间隙，影响管片拼装质量。3.3.2成型管片出现连续碎裂情况由于盾构姿态不佳，管片与盾构机之间的关系一直处于非正常的状态，导致管片整体受力不均匀，在近3000t的总推力作用下，管片在盾尾内完好无损，脱出盾尾45环后开始出现连续碎裂情况，碎裂主要集中在封顶块与邻接

8、块受力最薄弱的位置。盾构机与管片间夹角示意图3.4采取措施3.4.1提高土压力设定值经分析，管片碎裂的主要原因为盾构机推进中磕头、整体下沉导致盾构姿态不佳所致。由于盾构机位于层与层夹层土上，层硬土层位于盾构机上部，地面沉降有滞后性，无法如淤泥质粘土层地区那样立即反映出盾构机头部土压力是否合适，故不可以根据盾构切口地表沉降数据作为设定土压力的首要依据。所以首要措施便是将土压力设定至接近理论值的0.40Mpa,保持盾构机头部稳定，不再整体下沉，避免发生超挖。同时通过管片180°贴片调整管坡，减小管片与盾构机之间的夹角，减小千斤顶上、下区域油压差，使管片受力更均匀。可以看出，后期盾构姿态明

9、显好转。3.4.2降低总推力盾构机总推力组成（见右图）：由盾构机正面土压力引起的正面阻力仅占总推力的35%,而侧摩阻力占到50%。正面阻力计算公式为:F=-jiD2/4从220环450环盾构姿态曲线图从220环450环盾构姿态曲线图经计算，土压力每上升0.IMpa，总推力仅增加300t,故如因为超深覆十.总推力过大的原因而降低正面十压力，以期降低总推力，效果十分有限。应将降低总推力的目标定位在降低侧摩阻力上，采取盾构机壳体触壁注浆、使用超挖刀等措施可有效降低500600t总推力。3.5上行线盾构推进施工情况上行线盾构推进退于下行线一个半月，吸取了下行线盾构推进施工中土压力设定偏低的教训。在相同的软硬不均地质条件下，上行线盾构机头部土压力逐步提高至0.44Mpa,接近理论计算值，盾构机切口与盾尾的偏差值虽然也有起伏，但是由于盾构机头部比较稳定，未发生盾构整体持续下沉的状况，保持盾构姿态更容易，且盾构机与管片之间的关系始终保持在一个良好的状态，虽然也有管片碎裂的现象，较下行线已大有改观。4结论本文以I.海轨道交通12号线26标复兴岛站利津路站区间为例，对盾构