2021年特殊地段盾构掘进的沉降控制技术

2021年特殊地段盾构掘进的沉

降控制技术

Securitytechnologyisanindustrythatusessecuritytechnologytoprovidesecurityservices

tosociety.Systematicdesign,serviceandmanagement.

（安全管理）

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日期：______________________

编号：AQ-SN-0253

建筑安全技术IBuildingSafetyTechnology

建筑施工

2021年特殊地段盾构掘进的沉降控制技术

说明：安全技术防范就是利用安全防范技术为社会公众提供一种安全服务的产

业。既然是一种产业，就要有产品的研制与开发，就要有系统的设计、工程的

施工、服务和管理。可以下载修改后或直接打印使用。

特殊地段的沉降控制一直是盾构施工中的难点、风险点，本文

介绍了广州地铁某盾构区间在经过“三区”（隧顶覆砂区、桩基础群

区和地面密集建筑物区）地段时所采取的技术措施，以期对类似地

层有借鉴和指导作用。

广州地铁某盾构区间为双线圆型隧道，内径5.4m,外径6m,采

用刀盘直径6.28m的土压平衡盾构机施工。在临近吊出井时要经过

一“三区”特殊地段，即：隧顶覆砂区、桩基础群区和地面密集建

筑物区。为安全通过该特殊段，项目部编制了一套详细、针对性强

的施工方案，并在施工中逐一落实，最终盾构机安全到达吊出井。

1、特殊地段的工程情况

1.1地质水文情况：该地段长约300m,隧道覆土14〜23m,洞身

经过地层主要为7、8、9泥质砂岩，夹部分6全风化泥质粉砂岩；

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洞顶主要为32细砂层，夹少量42、52地层，32砂层厚3.5〜9m,

平均厚5m以上；通过现场试验，9微风化地层平均单轴极限抗压强

度16.0MPa左右。本区段地下水有第四系孔隙水及基岩裂隙水，第

四系孔隙水埋深。〜3m,水量丰富，由大气降水及江、河水补给。基

岩裂隙水主要赋存于基岩强、中等风化带的裂隙中，埋深随基岩面

而起伏，一般为15〜20m,32中细砂层富水性中等及渗透系数较大。

1.2地面建筑物及桩基础情况该段隧道顶部及其影响范围内主

要有45栋建筑物，绝大部分是民房，层高3〜7层，为框架结构；

有8栋是一层高的制衣厂厂房，为砖混结构。房屋基础除12栋房屋

是天然基础外，其余为r500-r600钻孔桩碎基础及rl20的木桩基

础。有16栋房屋的桩基础侵入隧道或接近隧顶，另有两栋房屋被鉴

定为危房。

2、控制沉降的技术措施

2.1到达特殊段前的准备工作

1）在该特殊地段增设3个补勘点以掌握更准确、全面的地质情

况。

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2）对中轴线两边各30m内发生较大倾斜和结构老旧房屋进行鉴

定，为危房的拆除或临迁。

3）对隧道上方建筑物进行详细的入室调查。对桩基侵入隧道或

接近隧顶的建筑物采取托换加固措施，结构面发现裂缝的则作详细

记录。

4）准备支顶加固材料、注浆加固材料、抢险机具设备、车辆、

警戒标识物等以备用。

5）在到达特殊段前选择一开挖面自稳性较好的地段对盾构机进

行全面检修，减少在特殊地段停机检修的风险：①对破损较大的盾

尾刷进行更换；②全面检测刀具，对磨损超标的刀具进行更换；③

对堵塞的注浆管进行疏通处理；④对分别通往开挖面、土仓、螺旋

输送器的主从泡沫管进行疏通，并在刀盘面中心附近增设1根泡沫

管。

2.2通过时的掘进控制

2.2.1掘进模式、盾构机配置及掘进参数针对特殊段的情况，选

用的掘进模式，盾构机械配

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2.2.2刀具配置

本段洞身地层主要为7、8、9泥质砂岩、粉砂岩，易结泥饼，

根据以往类似地层施工经验，采用全软土刀具将会出现盾构机推力

增大、扭矩增大、掘进困难的现象，严重时由于盾构机长时间在一

小范围扰动，隧道顶部的砂土层会塌落，进而导致地面塌陷的事故;

若采用全硬岩刀具，则刀盘面开口率减少，结泥饼的机会就会增加。

故过本段时采用了混合式刀具配置：64把刮刀，16把铲刀，5把边

缘双刃滚刀，8把正面双刃滚刀，6把中心双头齿刀。正面滚刀都高

出刀盘盘面175mm,为开挖面破除下来的祚土留出了足够的出昨空

间，刮刀超出刀盘盘面140mll1,受到滚刀的保护，刀盘开口率约为

29%o

2.2.3掘进过程的施工技术要求盾构在通过该特殊段时有序、平

衡、平稳。有序

1）施工组织有序人、机、料的配置合理，工序的安排、衔接有

序。

2）机械保养有序机械保养定人、定期、专业、规范，做到无遗

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漏、标准化。

3）信息管理有序技术交底、作业交底按部就班，自经理部至作

业面指令畅通、反馈迅速。

平衡

1）土仓压力与开挖面水土压力平衡严格控制土仓压力，尽量保

持土压平衡，不要出现过大的波动；考虑本段地下水水压较高，土

仓压力设置为上部1.3bar左右，下部1.8bar左右。

2）出土量与掘进进尺平衡严格控制出土量，做到进尺量与出土

量均衡。本隧道开挖直径6.28m,考虑盾构姿态变化或其他原因引起

的岩土损失和岩土的松散系数，每环出土量约66〜69m3,即4.5节

祚车。除量的控制外，还要坚持对每环祚样进行地质水文分析，发

现与开挖断面地质情况不符（尤其是出现32砂层）时，则马上采取

措施。

3）注浆压力与水土压力平衡除考虑注浆处的水土压力，还要考

虑后方来水、开挖面来水的水压，故注浆压力是在注浆处水土压力

基础上提高1〜2kg/cm2,且应使浆液不进入土仓和压坏管片和不因

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注浆压力过大造成地表隆起。特殊段注浆压力设置：1#、4#注浆

孔控制在1.5bar左右，2#、3#注浆孔控制在2.Obar左右。

4）注浆量与进尺平衡考虑浆液失水固结、盾构推进时壳体带土

使开挖断面大于盾构外径、部分浆液劈裂到周围地层，采用理论值

的150%〜200%进行注浆，即为6〜8m3.要保证浆液配置与地质水

文条件、掘进速度相适应，过本段时浆液配比设置为：水泥：粉煤

灰：砂：膨润土：水=180:371：780：35：400（kg）,浆液稠度控

制在110〜H5mm,凝胶时间控制在5h以内。

平稳

1）盾构姿态平稳推进过程应保持盾构机有良好的姿态，避免蛇

行，每环姿态变化控制在±5mm内。千斤顶A区、C区油缸油压值差

宜保持统一、恒定性，不宜出现过大的波动。

2）管片姿态平稳做好管片选型，现场对盾尾间隙实测实量，控

制下部盾尾间隙在70mm以内，注意管片拼装的椭圆度，防止尾刷与

管片碰撞导致盾尾密封、较接密封损坏及管片变形。

3）推进速度平稳掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加

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材料，改善祚土性能，提高祚土的流动性和止水性，防止涌水流砂、

结泥饼和喷涌现象，有利于保持速度的稳定。推进速度保持在25〜

40mm/min,日均进尺7〜9m。

2.3通过后的补强措施

1）二次注浆盾构同步注浆后，由于浆液的脱水，浆液体积收缩

会加剧地表的后期沉降量，又由于盾构推力，衬砌和土层间会相互

分离，二次注浆能有效地进一步充实背衬和提高止水能力。特殊地

段每推进4环后补注双液浆一次，在破除桩基位置两环管片的范围

内增注一次。

2）三次复紧为防止因管片的变形引起地层的过度扰动，对管片

螺栓拧紧要求三次复紧。

即拼装管片时一次拧紧，推出盾尾后二次拧紧，后续盾构掘进

至每环管片拼装前，对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面

检查并复紧。

3）地表注浆作为应急预案，在盾构通过本段前，对有托换的建

筑物预埋袖阀管，如盾构通过发生险情能在地面紧急进行地层注浆

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加固。

3、施工监测

3.1监测点的布设

区段范围布设监测主断面2个，次断面36个，分别设置11个

和7个监测项目进行全面监测。

3.2监测在施工中的应用

1）监测-施工流程图为使监测结果能顺畅、快速到达作业面，

作业面情况能迅速反馈到监测组和技术部，承包商制定了监测-施工

流程图，以最大限度实现信息化施工的目标，见图1。

2）沉降排列图通过对右线盾构经过特殊地段的监测报表数据统

计归纳，采用排列图对盾构施工各阶段的沉降进行分析。由图2可

见盾构到达、盾构通过、盾尾通过三个阶段的沉降和占最终沉降量

的81.82%,是沉降变化的高峰期，必须采取有效和针对性的措施，

如盾构机平稳、快速通过；确保同步注浆压力、注浆量、尤其是注

浆质量，坚持二次补注浆，及时填补衬背间隙和减少地下水流失。

监测报表还显示，盾构机切割桩基时建筑物沉降最大，最大一次达

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