盾构下穿民居,房群加固,加固参数控制

1、20XX年XX月XX日N1.1.绪言绪言1.1 1.1 工程概况工程概况 苏州市轨道交通苏州市轨道交通2号线总体呈南北走向，线路起于相城区京沪高速号线总体呈南北走向，线路起于相城区京沪高速铁路苏州站，经平江新城、石路商业区、沧浪新城，终于吴中区迎春南铁路苏州站，经平江新城、石路商业区、沧浪新城，终于吴中区迎春南路，线路全长约路，线路全长约25.556km，线路敷设方案为：相城区正阳路至古元路段，线路敷设方案为：相城区正阳路至古元路段采用高架线，高架线长采用高架线，高架线长7.058km（右线），其余为地下线及过渡段，地（右线），其余为地下线及过渡段，地下线长下线长18.708km（右线）、过渡

2、段长（右线）、过渡段长0.79km（右线）。全线设（右线）。全线设22 座车座车站，其中高架车站站，其中高架车站5 座，地下车站座，地下车站17 座。座。1.1 1.1 工程概况工程概况4. 苏州典型富水粉细砂地层，不同于北京、上海、苏州典型富水粉细砂地层，不同于北京、上海、广州三大典型地层，可借鉴成功经验少。广州三大典型地层，可借鉴成功经验少。1.线路多处转弯，曲线半径最小为线路多处转弯，曲线半径最小为350m，且转，且转弯处多有密集建筑物群。弯处多有密集建筑物群。3. 3. 大面积连续穿越（下穿、侧穿）各类建（构）大面积连续穿越（下穿、侧穿）各类建（构）筑物，建筑物抵抗变形能力较差。筑物，

3、建筑物抵抗变形能力较差。2.隧道埋深一般为隧道埋深一般为13m至至14m，主要穿越富水粉，主要穿越富水粉 细砂层和粉质粘土，地表沉降控制困难。细砂层和粉质粘土，地表沉降控制困难。1.1 1.1 工程概况工程概况1.1 1.1 工程概况工程概况盾构能否安全穿越这些房屋将直接关系到盾构能否安全穿越这些房屋将直接关系到广大市民的正常生产和生活，也是广大市民的正常生产和生活，也是2 2号线盾构号线盾构施工面临的最大挑战。施工面临的最大挑战。在富水软弱地层中，如此盾构在富水软弱地层中，如此盾构大面积、长大面积、长距离距离穿越穿越房屋群房屋群，在国内外是少见的或者说是，在国内外是少见的或者说是没有的！穿越

4、房屋群与穿越单独房屋不同，需没有的！穿越房屋群与穿越单独房屋不同，需长时间、持久的、耐心的、细心地工作。长时间、持久的、耐心的、细心地工作。1.2 1.2 盾构技术高度发展盾构技术高度发展 自从自从18181818年法国人布鲁诺从船上蛀虫在甲板上钻孔得到灵感从而发明隧年法国人布鲁诺从船上蛀虫在甲板上钻孔得到灵感从而发明隧道盾构法施工技术，并于道盾构法施工技术，并于18251825年首次使用盾构在伦敦的泰晤士河下修建了一年首次使用盾构在伦敦的泰晤士河下修建了一条河底隧道，条河底隧道， 随后盾构技术广泛开始应用。随后盾构技术广泛开始应用。 到目前盾构法已经经历了从手掘式、挤压式、气压式到土压平衡和

5、泥水到目前盾构法已经经历了从手掘式、挤压式、气压式到土压平衡和泥水加压式等的演变，施工技术与工艺日益完善和提高。加压式等的演变，施工技术与工艺日益完善和提高。世界第一条盾构法施工的伦敦世界第一条盾构法施工的伦敦TEMS河底公路隧道河底公路隧道 1825年年1.2 1.2 盾构技术高度发展盾构技术高度发展1.2 1.2 盾构技术高度发展盾构技术高度发展1.2 1.2 盾构技术高度发展盾构技术高度发展1.2 1.2 盾构技术高度发展盾构技术高度发展1.2 1.2 盾构技术高度发展盾构技术高度发展1.2 1.2 盾构技术高度发展盾构技术高度发展1.2 1.2 盾构技术高度发展盾构技术高度发展1.2

6、1.2 盾构技术高度发展盾构技术高度发展1.3 1.3 失败案例失败案例 上海轨道上海轨道交通四号线靠近交通四号线靠近黄浦江的某标段黄浦江的某标段盾构隧道在联络盾构隧道在联络通道施工时出现通道施工时出现大量流沙，导致大量流沙，导致隧道上方地表价隧道上方地表价值过亿的泵房因值过亿的泵房因沉降过大而报废，沉降过大而报废，相邻数栋建筑物相邻数栋建筑物严重倾斜而无法严重倾斜而无法使用使用, ,江堤江堤出现险情。工期展延超过两年，经济损失超过人民币出现险情。工期展延超过两年，经济损失超过人民币6 6亿。亿。1.3 1.3 失败案例失败案例1.3 1.3 失败案例失败案例南京某标段在盾构到达时发生坍塌，路

7、面最大沉降最大达南京某标段在盾构到达时发生坍塌，路面最大沉降最大达4m4m。1.3 1.3 失败案例失败案例1.3 1.3 失败案例失败案例1.3 1.3 失败案例失败案例事故发生时事故发生时间，一共在间，一共在倾斜楼房及倾斜楼房及与之相邻的与之相邻的5幢楼里，幢楼里，疏散了疏散了43名名群众。这些群众。这些群众都安置群众都安置到了附近的到了附近的宾馆入住。宾馆入住。发生倾斜的发生倾斜的楼房位于地楼房位于地铁二、八号铁二、八号线线(即二号线、即二号线、八号线的并八号线的并行路段行路段)东晓东晓南隧道上方。南隧道上方。房屋发生倾房屋发生倾斜后采取地斜后采取地面注浆，面注浆，24小时制止了小时制止

8、了房屋倾斜。房屋倾斜。 由于该处隧道埋深浅，约由于该处隧道埋深浅，约9米左右，地层复杂，上部砂层厚度大，底部米左右，地层复杂，上部砂层厚度大，底部为岩石，盾构施工困难，不易控制土仓压力，造成路面局部沉降。为岩石，盾构施工困难，不易控制土仓压力，造成路面局部沉降。1.4 1.4 如何保障盾构穿越房屋的安全如何保障盾构穿越房屋的安全由于苏州市轨道交通由于苏州市轨道交通2 2 号线穿越典型富水软弱土层，地层条件号线穿越典型富水软弱土层，地层条件的特殊性和复杂性更增加了施工安全控制的难度，应用现有的国家的特殊性和复杂性更增加了施工安全控制的难度，应用现有的国家及地方规范和标准难以保证房屋安全。及地方规

9、范和标准难以保证房屋安全。为了保障盾构穿越房屋段的安全，轨道交通为了保障盾构穿越房屋段的安全，轨道交通2 2号线盾构穿越房号线盾构穿越房屋课题组通过开展国内外调研、现场试验和分析等大量工作，在屋课题组通过开展国内外调研、现场试验和分析等大量工作，在总结国内外经验和研究成果的基础上，制定了总结国内外经验和研究成果的基础上，制定了苏州轨道交通苏州轨道交通2 2号号线盾构区间穿越建筑物安全控制关键技术纲要线盾构区间穿越建筑物安全控制关键技术纲要。 1.4 1.4 如何保障盾构穿越房屋的安全如何保障盾构穿越房屋的安全确保房屋安全确保房屋安全1.4 1.4 如何保障盾构穿越房屋的安全如何保障盾构穿越房屋

10、的安全关键技术关键技术盾构穿越房屋段沉降控制盾构穿越房屋段沉降控制区域的划分区域的划分地表、建（构）筑物变形地表、建（构）筑物变形控制标准与安全警示制度控制标准与安全警示制度盾构设备要求盾构设备要求盾构掘进施工盾构掘进施工同步注浆及二次补浆同步注浆及二次补浆盾构施工量测盾构施工量测突发事故应急预案与紧急突发事故应急预案与紧急疏散疏散 理论分析理论分析在董朝文副总经理领导和在董朝文副总经理领导和主持下，轨道公司、北京主持下，轨道公司、北京交大、铁四院和相关施工交大、铁四院和相关施工单位等多位专业技术人员单位等多位专业技术人员，多次开会讨论、论证。，多次开会讨论、论证。在在1号线进行多个现号线进行

11、多个现场试验和监测，对同场试验和监测，对同步注浆和二次注浆、步注浆和二次注浆、掘进参数与地表、建掘进参数与地表、建筑物沉降的关系进行筑物沉降的关系进行了研究。了研究。调研国内外研究现状调研国内外研究现状,并先后赴杭州、广州并先后赴杭州、广州和上海等城市进行考和上海等城市进行考察，充分借鉴兄弟城察，充分借鉴兄弟城市成功经验。市成功经验。现场试验研究现场试验研究 国内外调研国内外调研1.51.5关键技术纲要关键技术纲要研究编写过程研究编写过程研究过程现场试验研究现场试验研究在一在一号线号线2标对典标对典型富水粉细砂地层型富水粉细砂地层区段进行区段进行了现场了现场监监测测和分析，监测内和分析，监测内

12、容包括地表沉降、容包括地表沉降、土体分层沉降、土土体分层沉降、土体水平位移、孔压体水平位移、孔压和土压等。和土压等。第一阶段试验第一阶段试验在在一一号线的四个标号线的四个标段（段（1标，标，2标，标，5标和标和11标）开展了标）开展了盾构掘进注浆现场盾构掘进注浆现场试验试验；研究了盾构研究了盾构掘进、同步注浆、掘进、同步注浆、二次补浆二次补浆对地表隆对地表隆起和沉降的影响规起和沉降的影响规律律。第二阶段试验第二阶段试验在在一一号线号线5标标开展开展了盾构了盾构穿越房屋穿越房屋现场试验现场试验；研究了研究了盾构掘进、同步注盾构掘进、同步注浆、浆、二次补浆二次补浆对对房房屋屋隆起和沉降的影隆起和沉

13、降的影响规律响规律。第三阶段试验第三阶段试验1.51.5关键技术纲要关键技术纲要研究编写过程研究编写过程实验中学食堂实验中学食堂海威船用设备公司门卫房海威船用设备公司门卫房p一号一号线线I-TS-05I-TS-05标塔园标塔园路站路站苏州乐园站区间，苏州乐园站区间， 沿线主要穿越实验沿线主要穿越实验中学食堂、寒舍饭店、海威船用设备公司门卫房等建筑物。中学食堂、寒舍饭店、海威船用设备公司门卫房等建筑物。p使用型号为使用型号为TM634TM634PSXPSX的小松隧道掘进机，其额定推力为的小松隧道掘进机，其额定推力为3773tf3773tf，额定，额定扭矩为扭矩为5151KN-m5151KN-m，

14、刀盘开口率，刀盘开口率40%40%。 p盾构机穿越的盾构机穿越的土层主要为土层主要为1 1粉土、粉土、2 2粉砂、粉质粘土。粉砂、粉质粘土。1.51.5关键技术纲要关键技术纲要研究编写过程研究编写过程 通过上述的工作，根据大量的第一通过上述的工作，根据大量的第一手资料，并在广泛征求各方面意见的手资料，并在广泛征求各方面意见的基础上，最终形成了基础上，最终形成了苏州轨道交通苏州轨道交通2号线盾构区间穿越建筑物安全控制关号线盾构区间穿越建筑物安全控制关键技术纲要键技术纲要1.51.5关键技术纲要关键技术纲要研究编写过程研究编写过程1.6 1.6 配套措施配套措施o 为了切实管理和指导盾构穿越建筑物

15、施工，把专项技术要求落实到实处，保证房屋及居民的安全，成立了“苏州市轨道交通2号线盾构穿越房屋安全管理中心”。o 中心主任：董朝文、袁大军o 轨道公司常务副总经理董朝文负责中心的组织与管理工作，北京交通大学袁大军教授负责技术指导。纲要纲要配套措施一：成立盾构穿越房屋安全管理中心配套措施一：成立盾构穿越房屋安全管理中心已经初已经初步形成步形成管理中管理中心的人心的人员组织员组织机构图机构图1.6 1.6 配套措施配套措施2.1.3.4.5.1.6 1.6 配套措施配套措施6.1.6 1.6 配套措施配套措施6.1.6 1.6 配套措施配套措施1.6 1.6 配套措施配套措施控制标准控制标准配套措

16、施二：研发配套措施二：研发“盾构穿越房屋信息管理系统盾构穿越房屋信息管理系统”研发研发“轨道轨道2 2号线号线盾构区间盾构区间隧道穿越房屋隧道穿越房屋信息管理系统信息管理系统”主要包括三大主要包括三大功能功能: :房屋基房屋基本信息查询、本信息查询、房屋分类和精房屋分类和精确检索、盾构确检索、盾构实时操控报警。实时操控报警。能图文并茂、能图文并茂、形象生动地形象生动地多方面多角多方面多角度展示房屋度展示房屋被隧道穿越被隧道穿越情况情况。1.6 1.6 配套措施配套措施1.6 1.6 配套措施配套措施1.6 1.6 配套措施配套措施1.6 1.6 配套措施配套措施1.6 1.6 配套措施配套措施

17、2. 2. 盾构穿越房屋段沉降控制区域的划分盾构穿越房屋段沉降控制区域的划分 确定盾构施工横向及纵向影响范围是制定沉降控制标准的确定盾构施工横向及纵向影响范围是制定沉降控制标准的前提。盾构穿越施工对房屋影响的研究，及相关技术措施的制前提。盾构穿越施工对房屋影响的研究，及相关技术措施的制定，均是围绕盾构穿越房屋段沉降控制区域展开。目前，国内定，均是围绕盾构穿越房屋段沉降控制区域展开。目前，国内外对盾构施工影响区域并没有成熟的研究成果，课题组通过理外对盾构施工影响区域并没有成熟的研究成果，课题组通过理论分析及现场试验研究，对苏州轨道交通论分析及现场试验研究，对苏州轨道交通2号线盾构穿越房屋段号线盾

18、构穿越房屋段控制区域做出了如下划分。控制区域做出了如下划分。 2. 2. 盾构穿越房屋段沉降控制区域的划分盾构穿越房屋段沉降控制区域的划分 在横向影响区域内的房屋均定义为盾构穿越的房屋。沿隧道在横向影响区域内的房屋均定义为盾构穿越的房屋。沿隧道轴线方向的沉降控制区域是指为确保地表及房屋沉降在一定范围轴线方向的沉降控制区域是指为确保地表及房屋沉降在一定范围内要采取相应盾构掘进措施的区域，一类控制区和二类控制区在内要采取相应盾构掘进措施的区域，一类控制区和二类控制区在技术控制标准上没有差别，仅是一类控制区距房屋更近，管理及技术控制标准上没有差别，仅是一类控制区距房屋更近，管理及监测要求更严格。监测

19、要求更严格。2.1 2.1 盾构施工横向影响区域盾构施工横向影响区域 盾构施工横向影响区域的确定，与盾构选型、土层条件、盾构施工横向影响区域的确定，与盾构选型、土层条件、埋深、盾构开挖直径以及施工参数的选择等密切相关，错综复埋深、盾构开挖直径以及施工参数的选择等密切相关，错综复杂，理论上还没有很好的定量解释。国内外已有的一些研究成杂，理论上还没有很好的定量解释。国内外已有的一些研究成果中，较成熟的还是基于统计分析和现场试验相结合来确定。果中，较成熟的还是基于统计分析和现场试验相结合来确定。 在国内外应用最广泛的就是利用在国内外应用最广泛的就是利用Peck曲线预测沉降槽形状。曲线预测沉降槽形状。

20、Peck在分析大量地表沉降观测数据的基础上，提出了地表沉降在分析大量地表沉降观测数据的基础上，提出了地表沉降槽符合正态分布曲线的概念，认为地层变形由地层损失引起，槽符合正态分布曲线的概念，认为地层变形由地层损失引起，施工引起的地面沉降是在不排水的条件下发生的，从而假定地施工引起的地面沉降是在不排水的条件下发生的，从而假定地表沉降槽体积等于地层损失体积。表沉降槽体积等于地层损失体积。 2.1 2.1 盾构施工横向影响区域盾构施工横向影响区域沉降槽横向分布图沉降槽横向分布图2.1 2.1 盾构施工横向影响区域盾构施工横向影响区域 )2exp(22maxixsxsmax2Vsi2(45/2)Zitg

21、2.1 2.1 盾构施工横向影响区域盾构施工横向影响区域 经应用以上经应用以上Peck公式进行计算分析，以及在公式进行计算分析，以及在1号线相近土层条号线相近土层条件下多个试验段的结果分析总结，并综合考虑件下多个试验段的结果分析总结，并综合考虑2号线工程的地质条号线工程的地质条件，苏州轨道交通件，苏州轨道交通2号线地表沉降横向影响范围为隧道中心线左右号线地表沉降横向影响范围为隧道中心线左右两侧两侧20m。2.2 2.2 盾构施工纵向影响区域盾构施工纵向影响区域 盾构施工引起的土体变形，其纵向影响范围盾构施工引起的土体变形，其纵向影响范围,在盾构前方约（在盾构前方约（ ）范围内（）范围内（ 为地

22、表至盾构底的深度，为地表至盾构底的深度， 为盾构直径）。在粘为盾构直径）。在粘性土地层中，其纵向影响范围为一夹角为性土地层中，其纵向影响范围为一夹角为45的斜直线；而在砂性土的斜直线；而在砂性土地层，纵向影响范围呈一鼻形曲线，其深层影响范围与粘性土的情况基地层，纵向影响范围呈一鼻形曲线，其深层影响范围与粘性土的情况基本相同，而表层影响范围要小于粘性土的相应结果。曲线形状与盾构直本相同，而表层影响范围要小于粘性土的相应结果。曲线形状与盾构直径、隧道埋深等因素有关。径、隧道埋深等因素有关。 45tanhDhD2.2 2.2 盾构施工纵向影响区域盾构施工纵向影响区域盾构掘进粘性土地层变形图盾构掘进粘

23、性土地层变形图2.3 2.3 盾构施工纵向控制区域盾构施工纵向控制区域考虑到考虑到2号线场地中含有不同厚度的粉土、粉细砂以及粉质粘土层，经号线场地中含有不同厚度的粉土、粉细砂以及粉质粘土层，经过理论计算和试验研究，并考虑盾构施工的复杂性和连续性，为适当过理论计算和试验研究，并考虑盾构施工的复杂性和连续性，为适当的调整掘进参数留有时间和空间以及确保盾构穿越前掘进参数和盾构的调整掘进参数留有时间和空间以及确保盾构穿越前掘进参数和盾构姿态达到最佳状态，将盾构穿越房屋段划分为两类控制区：房屋本身姿态达到最佳状态，将盾构穿越房屋段划分为两类控制区：房屋本身范围加上前范围加上前30环管片宽度（环管片宽度（

24、36m）、后）、后10环管片宽度（环管片宽度（12m）为一类控）为一类控制区；房屋前制区；房屋前30环到环到100环范围内的环范围内的70环管片宽度（环管片宽度（84m）加上后）加上后10环环到后到后30环范围的环范围的20环管片宽度（环管片宽度（24m）为二类控制区（图）为二类控制区（图2.1）。一类）。一类控制区和二类控制区在技术控制标准上没有差别，仅是一类控制区距控制区和二类控制区在技术控制标准上没有差别，仅是一类控制区距房屋更近，管理及监测要求更严格。房屋更近，管理及监测要求更严格。2.3 2.3 盾构施工纵向控制区域盾构施工纵向控制区域 考虑到考虑到2号线场地中含有不同厚度的粉土、粉

25、细砂以及粉质粘土号线场地中含有不同厚度的粉土、粉细砂以及粉质粘土层，经过理论计算和试验研究，并考虑盾构施工的复杂性和连续性，层，经过理论计算和试验研究，并考虑盾构施工的复杂性和连续性，为适当的调整掘进参数留有时间和空间，以及确保盾构真正穿越前掘为适当的调整掘进参数留有时间和空间，以及确保盾构真正穿越前掘进参数和盾构姿态达到最佳状态，将盾构穿越房屋段划分为两类控制进参数和盾构姿态达到最佳状态，将盾构穿越房屋段划分为两类控制区：房屋本身范围加上前区：房屋本身范围加上前30环管片宽度（环管片宽度（36m）、后）、后10环管片宽度（环管片宽度（12m）为一类控制区；房屋前）为一类控制区；房屋前30环到

26、环到100环范围内的环范围内的70环管片宽度（环管片宽度（84m）加上后）加上后10环到后环到后30环范围的环范围的20环管片宽度（环管片宽度（24m）为二类控制）为二类控制区。区。 3.3.地表、建（构）筑物变形控制标准地表、建（构）筑物变形控制标准 与安全警示制度与安全警示制度 现有的国家及地方规范还没有相应的盾构穿越房屋的地表、建现有的国家及地方规范还没有相应的盾构穿越房屋的地表、建（构）筑物变形控制标准，已有的盾构掘进引起的一般地表变形控制（构）筑物变形控制标准，已有的盾构掘进引起的一般地表变形控制标准难以满足盾构穿越房屋的安全或使用功能要求。考虑到苏州轨道标准难以满足盾构穿越房屋的安

27、全或使用功能要求。考虑到苏州轨道交通交通2号线大面积穿越房屋群及苏州典型软弱土层特点，经理论分析号线大面积穿越房屋群及苏州典型软弱土层特点，经理论分析及多个现场试验研究，在采取相应盾构掘进措施以及壁后注浆、二次及多个现场试验研究，在采取相应盾构掘进措施以及壁后注浆、二次补浆的条件下，确保房屋安全，并可实现的盾构穿越房屋段地表及建补浆的条件下，确保房屋安全，并可实现的盾构穿越房屋段地表及建（构）筑物变形控制值为：地表隆起不大于（构）筑物变形控制值为：地表隆起不大于4mm，地表沉降不大于，地表沉降不大于16mm；建筑物隆起不大于；建筑物隆起不大于4mm，建筑物沉降不大于，建筑物沉降不大于20mm，

28、建筑物，建筑物倾斜不大于倾斜不大于4。 3.1 3.1 影响地层变形的主要因素影响地层变形的主要因素 造成地表隆沉的主要原因是盾构法施工过程中产生的地层损失引造成地表隆沉的主要原因是盾构法施工过程中产生的地层损失引起地层移动。盾构掘进中地层变形的表现方式因盾构直径、覆土情况起地层移动。盾构掘进中地层变形的表现方式因盾构直径、覆土情况和地基状况的现场条件及盾构施工状况而不同。具体来说引起地层变和地基状况的现场条件及盾构施工状况而不同。具体来说引起地层变形有以下几个个方面的因素：形有以下几个个方面的因素： 1.1.开挖面土体的移动开挖面土体的移动2.2.用降水疏干措施时，土体有效应力增加，再次引起

29、土体固用降水疏干措施时，土体有效应力增加，再次引起土体固 结变形结变形3. 土体挤入盾尾空隙土体挤入盾尾空隙3.1 3.1 影响地层变形的主要因素影响地层变形的主要因素4. 盾构推进方向的改变、盾构纠偏、仰头推进、曲线推进都会盾构推进方向的改变、盾构纠偏、仰头推进、曲线推进都会 使实际开挖面形状大于设计开挖面，而引起地层损失使实际开挖面形状大于设计开挖面，而引起地层损失 5. 盾壳与地层间摩擦引起底层损失盾壳与地层间摩擦引起底层损失6. 土体受施工扰动的固结作用土体受施工扰动的固结作用 7. 随盾构推进而移动的正面障碍物，使地层在盾构通过后产生随盾构推进而移动的正面障碍物，使地层在盾构通过后产

30、生 空隙又未能及时注浆空隙又未能及时注浆 8. 在水土压力的作用下隧道衬砌产生变形，会引起小量的地层在水土压力的作用下隧道衬砌产生变形，会引起小量的地层 损失损失 3.1 3.1 影响地层变形的主要因素影响地层变形的主要因素 实践经验可以得出：盾构推进引起的地层移动因素有盾构直径、实践经验可以得出：盾构推进引起的地层移动因素有盾构直径、埋深、土质、盾构施工情况等，其中隧道线形、盾构外径、埋深等设埋深、土质、盾构施工情况等，其中隧道线形、盾构外径、埋深等设计条件和土的强度、变性特性、地下水位分布等地质条件，属于计条件和土的强度、变性特性、地下水位分布等地质条件，属于客观客观因素因素；而盾构的形式

31、、辅助施工方法、衬砌壁后注浆、施工管理等情；而盾构的形式、辅助施工方法、衬砌壁后注浆、施工管理等情况，则属于况，则属于主观因素主观因素。3.2 3.2 地层变形的机理与特征地层变形的机理与特征 根据对地层的大量实测资料的分析表明，按地层沉降变化曲线的根据对地层的大量实测资料的分析表明，按地层沉降变化曲线的情况，大致可分为：切口到达前的地层变形；切口到达时的地层变形；情况，大致可分为：切口到达前的地层变形；切口到达时的地层变形；盾体通过时的地层变形；盾尾通过后的瞬时地层变形；地层后期固结盾体通过时的地层变形；盾尾通过后的瞬时地层变形；地层后期固结变形等变形等5个阶段，下面对各个阶段的变形机理进行

32、分析。个阶段，下面对各个阶段的变形机理进行分析。 （1）切口到达前的地层变形）切口到达前的地层变形 在盾构的掘进过程中，由于开挖面涌水、管片拼装不良等种种在盾构的掘进过程中，由于开挖面涌水、管片拼装不良等种种原因引起地下水位降低，地下水位的降低就相当于地基有效覆土厚原因引起地下水位降低，地下水位的降低就相当于地基有效覆土厚度增加，从而引起开挖断面前相当距离的沉降。度增加，从而引起开挖断面前相当距离的沉降。3.2 3.2 地层变形的机理与特征地层变形的机理与特征（2）切口到达时的地层变形）切口到达时的地层变形 在切口靠近观测点并到达观测点正下方这个过程中所产生在切口靠近观测点并到达观测点正下方这

33、个过程中所产生 的沉降的沉降或隆起现象。这是由于盾构机的正面土压力偏小或者过大等导致开挖或隆起现象。这是由于盾构机的正面土压力偏小或者过大等导致开挖面土压失衡。当盾构机的正面土压力等于开挖面静止土压力时，掘进面土压失衡。当盾构机的正面土压力等于开挖面静止土压力时，掘进对土体的影响最小；当盾构机推力不足，其正面土压力小于开挖面的对土体的影响最小；当盾构机推力不足，其正面土压力小于开挖面的静止土压力时，开挖面土体下沉；当盾构机推力过大则会引起开挖面静止土压力时，开挖面土体下沉；当盾构机推力过大则会引起开挖面土体隆起。当正面土压力偏离静止土压力一定范围内时，地层的变形土体隆起。当正面土压力偏离静止土

34、压力一定范围内时，地层的变形处于线弹性阶段，而且变化的斜率较小；如果偏离较大的话，则土体处于线弹性阶段，而且变化的斜率较小；如果偏离较大的话，则土体发展为的塑性变形。发展为的塑性变形。 总体来说这是一种因土体的应力释放或者盾构开挖面的反向土压总体来说这是一种因土体的应力释放或者盾构开挖面的反向土压力、盾构机周围的摩擦力等作用而产生的地层变形。力、盾构机周围的摩擦力等作用而产生的地层变形。盾构推力大小对地层变形的影响盾构推力大小对地层变形的影响3.2 3.2 地层变形的机理与特征地层变形的机理与特征（3）盾体通过时的地层变形）盾体通过时的地层变形 指从盾构机开挖面达到观测点到盾尾通过观测点这一过

35、程中所产指从盾构机开挖面达到观测点到盾尾通过观测点这一过程中所产生的沉降。这个沉降主要是由于盾构机的通过破坏了原来的土体状况，生的沉降。这个沉降主要是由于盾构机的通过破坏了原来的土体状况，造成土体的扰动所致。造成土体的扰动所致。 （4）盾尾通过后瞬间的地层变形）盾尾通过后瞬间的地层变形 指盾构机尾部通过观测点正下方时产生的沉降。由于盾尾通过时指盾构机尾部通过观测点正下方时产生的沉降。由于盾尾通过时会产生一个盾尾间隙，这个盾尾间隙的上方及周围土体应力释放引发会产生一个盾尾间隙，这个盾尾间隙的上方及周围土体应力释放引发了弹塑性变形。目前通过盾尾同步注浆使浆液有效地填充在该盾尾建了弹塑性变形。目前通

36、过盾尾同步注浆使浆液有效地填充在该盾尾建筑空隙中从而可以部分减少地层损失，也减少了盾尾通过时的地层变筑空隙中从而可以部分减少地层损失，也减少了盾尾通过时的地层变形形 。盾构掘进纵向沉降发展趋势盾构掘进纵向沉降发展趋势3.2 3.2 地层变形的机理与特征地层变形的机理与特征（5）地层后期固结变形）地层后期固结变形 由于盾构通过时对地基土产生了扰动，再加上各种残余影响，在由于盾构通过时对地基土产生了扰动，再加上各种残余影响，在相当长的一段时间内，地基将继续发生固结沉降和蠕变沉降。相当长的一段时间内，地基将继续发生固结沉降和蠕变沉降。 一般来说，上述的各种沉降并非同时发生，地层条件和施工措施一般来说

37、，上述的各种沉降并非同时发生，地层条件和施工措施的不同，也会影响到沉降的大小和类型。随着当前盾构机的改进，盾的不同，也会影响到沉降的大小和类型。随着当前盾构机的改进，盾构工法的技术水平越来越高，目前的土压平衡式盾构对正面土压力的构工法的技术水平越来越高，目前的土压平衡式盾构对正面土压力的控制越来越理想，基本可以将其控制在静止土压力附近，日见成熟的控制越来越理想，基本可以将其控制在静止土压力附近，日见成熟的同步注浆技术也使地基变形大为减少了。同步注浆技术也使地基变形大为减少了。 3.2 3.2 地层变形的机理与特征地层变形的机理与特征 在盾构机推进的过程中，地层变形呈现出以盾构机为中心的三维扩在

38、盾构机推进的过程中，地层变形呈现出以盾构机为中心的三维扩散分布特征，并且这个分布随着盾构机的推进而同步移动。散分布特征，并且这个分布随着盾构机的推进而同步移动。 盾构掘进时粘性土地层变形特征盾构掘进时粘性土地层变形特征粘性土地层变形分布特征：粘性土地层变形分布特征： （1）盾构机开挖面正前方有一）盾构机开挖面正前方有一个取土区，这一部分的土体将发个取土区，这一部分的土体将发生移动，移动的方向与盾构机的生移动，移动的方向与盾构机的施工状况相关。如果盾构机的推施工状况相关。如果盾构机的推进速度大而出土量小，结果就是进速度大而出土量小，结果就是盾构机正面土压力过大，导致开盾构机正面土压力过大，导致开

39、挖面受到反向土压力，取土区的挖面受到反向土压力，取土区的3.2 3.2 地层变形的机理与特征地层变形的机理与特征土就向远离盾构机方向移动；相反该部分土体会向盾构机方向移动。土就向远离盾构机方向移动；相反该部分土体会向盾构机方向移动。 （2）盾构机推进的过程中与周围的土体产生摩擦，周围的土体在）盾构机推进的过程中与周围的土体产生摩擦，周围的土体在摩擦力的作用下向前移动。摩擦力的作用下向前移动。 （3）开挖面前方的取土区中土体的移动将直接导致地层的下沉或）开挖面前方的取土区中土体的移动将直接导致地层的下沉或者隆起，如果开挖面的土体向盾构机移动则地层下沉，如果背向盾构者隆起，如果开挖面的土体向盾构机

40、移动则地层下沉，如果背向盾构机移动则导致地层隆起。机移动则导致地层隆起。 （4）盾构机通过后的瞬间产生了盾尾空隙，现在一般使用同步注）盾构机通过后的瞬间产生了盾尾空隙，现在一般使用同步注浆来填补盾尾空隙，如果盾浆来填补盾尾空隙，如果盾 构机的同步注浆量不足的话。此处的土体构机的同步注浆量不足的话。此处的土体发生应力释放而导致地层沉降发生应力释放而导致地层沉降;但如果注浆操作合理，也可能减少或但如果注浆操作合理，也可能减少或者消除沉降。者消除沉降。 3.2 3.2 地层变形的机理与特征地层变形的机理与特征盾构掘进时砂性土地层变形特征盾构掘进时砂性土地层变形特征 砂性土地层变形分布特征和砂性土地层

41、变形分布特征和粘性土大致相同。但是在砂性土粘性土大致相同。但是在砂性土中，在盾构的顶部产生了类似于中，在盾构的顶部产生了类似于拱的效应拱的效应:隧道正上方有一个松弛隧道正上方有一个松弛区，该区域内的沉降较大，而再区，该区域内的沉降较大，而再往上时，地基的沉降反而小。这往上时，地基的沉降反而小。这是因为是因为“拱拱”下面松弛区域的土应下面松弛区域的土应力释放比较严重，导致了较大的力释放比较严重，导致了较大的沉降沉降;而由于而由于“拱拱”的存在，的存在，“拱拱”上方的土体受到它的支撑作用，上方的土体受到它的支撑作用，因而沉降较小。因而沉降较小。砂性土地层变形分布特征：砂性土地层变形分布特征：3.3

42、 地层变形对周围建（构）筑物的影响地层变形对周围建（构）筑物的影响 盾构施工引起地层变形进而以各种形式引起周边建筑物的破坏，盾构施工引起地层变形进而以各种形式引起周边建筑物的破坏，主要表现为以下四种形式主要表现为以下四种形式 ： （1）地表沉降损害）地表沉降损害 盾构施工引起的地表沉降可能会使建筑物产生整体下沉。如果这盾构施工引起的地表沉降可能会使建筑物产生整体下沉。如果这种沉降比较均匀，对于建筑物的稳定性和使用条件可能不会产生太大种沉降比较均匀，对于建筑物的稳定性和使用条件可能不会产生太大的影响，但若沉降过大，就有可能会对基础承载力造成一定损害。对的影响，但若沉降过大，就有可能会对基础承载力

43、造成一定损害。对于砌体结构，这种垂直沉降还会使砌体中存在着垂直方向的下沉力，于砌体结构，这种垂直沉降还会使砌体中存在着垂直方向的下沉力，形成水平裂缝。形成水平裂缝。3.3 地层变形对周围建（构）筑物的影响地层变形对周围建（构）筑物的影响 （2）地表倾斜损害）地表倾斜损害 盾构开挖更多情况下会引起地层的不均匀沉降。不均匀沉降将导盾构开挖更多情况下会引起地层的不均匀沉降。不均匀沉降将导致地表倾斜，使建筑物产生结构破坏裂缝，对建筑物的危害最大。致地表倾斜，使建筑物产生结构破坏裂缝，对建筑物的危害最大。 此外，地表倾斜还会使高耸建筑物发生重心偏斜，引起附加应力此外，地表倾斜还会使高耸建筑物发生重心偏斜

44、，引起附加应力重分布，使结构内应力发生变化，严重时，使建筑物丧失稳定性而破重分布，使结构内应力发生变化，严重时，使建筑物丧失稳定性而破坏。坏。 （3）地表曲率损害）地表曲率损害 盾构施工引起的不均匀地层变形会使地表形成曲面，地表曲率对盾构施工引起的不均匀地层变形会使地表形成曲面，地表曲率对建筑物有较大影响。在负曲率（地表相对下凹）的情况下建筑物中部建筑物有较大影响。在负曲率（地表相对下凹）的情况下建筑物中部沉降大，端部沉降小，建筑物中央部分悬空，端部受剪，使墙体产生沉降大，端部沉降小，建筑物中央部分悬空，端部受剪，使墙体产生正八字形裂缝；反之，会产生倒八字形裂缝。正八字形裂缝；反之，会产生倒八

45、字形裂缝。3.3 地层变形对周围建（构）筑物的影响地层变形对周围建（构）筑物的影响 （4）地表水平变形损害）地表水平变形损害 地表水平变形有拉伸和压缩两种。由于建筑物抗拉能力远小于抗地表水平变形有拉伸和压缩两种。由于建筑物抗拉能力远小于抗压能力，建筑物对地表拉伸变形非常敏感当基础侧面受外向水平推力压能力，建筑物对地表拉伸变形非常敏感当基础侧面受外向水平推力作用时，很容易开裂。作用时，很容易开裂。 实际上，地表移动和变形对于建筑物的破坏作用往往是几种变形共实际上，地表移动和变形对于建筑物的破坏作用往往是几种变形共同作用的结果。比如，地表的拉伸和正曲率同时出现，压缩和负曲率同同作用的结果。比如，地

46、表的拉伸和正曲率同时出现，压缩和负曲率同时发生。时发生。3.4 3.4 地表、建（构）筑物变形控制标准地表、建（构）筑物变形控制标准 经过理论分析及现场试验研究，课题组制定了盾构穿越房屋段经过理论分析及现场试验研究，课题组制定了盾构穿越房屋段地表及建（构）筑物变形控制标准。地表变形应满足隆沉变形要求，地表及建（构）筑物变形控制标准。地表变形应满足隆沉变形要求，建（构）筑物变形应满足隆沉变形和倾斜值的要求，并实行预警值、建（构）筑物变形应满足隆沉变形和倾斜值的要求，并实行预警值、报警值和控制值三级警示制度。报警值和控制值三级警示制度。 地表沉降变形预警值、报警值和控制值分别为地表沉降变形预警值、

47、报警值和控制值分别为10 mm、13 mm、16 mm；地表隆起变形控制值为；地表隆起变形控制值为4 mm。 建（构）筑物沉降变形预警值、报警值、控制值分别为建（构）筑物沉降变形预警值、报警值、控制值分别为12 mm、16 mm、20 mm；建（构）筑物隆起变形控制值为；建（构）筑物隆起变形控制值为4mm；建（构）筑；建（构）筑物倾斜变形控制值为物倾斜变形控制值为4。 4. 4. 盾构设备要求盾构设备要求4.1 4.1 盾构选型的原则盾构选型的原则盾构选型必须严守以下几项原则：盾构选型必须严守以下几项原则：（1）选用与工程地质匹配的盾构机型，确保施工绝对安全；）选用与工程地质匹配的盾构机型，确保施工绝对安全；