1北京城建勘测设计研究院有限责任公司 北京市 100101；2沈阳建筑大学 辽宁沈阳 110168
摘要：某市轨道交通1号线某区间盾构穿越地层为厚填土地层和泥岩地层，在厚填土地层和泥岩地层中盾构施工时，对周边地面沉降变形规律的分析成为研究要点。
关键词：盾构施工；厚填土；泥岩
一、绪论
我国城市处于快速发展中，城市交通拥堵已成为影响城市发展的难题，轨道交通大部分位于地面以下，极少的占用地面以上空间，城市轨道交通的快速发展极大的改善了城市的交通运输状况。纵观全国各主要城市，地铁均后于城市发展，地铁盾构施工过程中会穿越城市的既有城区，城区内建筑物、构筑物、地下管线分布密集，需要对影响范围内的周边地面因盾构施工所受到的变形影响作出研究分析，对变形影响风险进行把控。某市地铁1号线某区间盾构穿越地层为厚填土地层和泥岩地层，在厚填土地层和泥岩地层中盾构施工时，对周边地面沉降影响的分析与控制成为研究要点。
本论文以某市轨道交通1号线某区间为研究目标，主要是为了研究隧道盾构施工穿越厚填土层、泥岩层时对隧道周边地面沉降变化规律。
二、工程概况
1、工程背景
本区间隧道为两条单洞单线圆形盾构隧道，线间距为13.5m，曲线半径为650m；线路埋深12.51m～19.41m之间；线路A站～B站为上坡，线路最大坡度为24.335‰；整个区间覆土厚度为7.67m～14.57m。
区间采用盾构法施工，盾构采用两台全新中铁重工盾构机，均在B站西端头下井始发，沿民族大道由东向西掘进，到达A站后由东端头吊出。右线盾构机比左线盾构机晚一个月始发。盾构施工中盾构推进总推力维持在500~3000t，刀盘扭矩控制在500~4000KN·m，刀盘转速控制在0.5~2.0转/min，推进速度控制在20~40mm/d，同步注浆量控制在4.54~6.5 m3/R。
2、地质条件
区间范围属剥蚀丘陵地貌垄状高丘亚区（Ⅱ3），场地内地势成西低东高，覆盖层为第四系坡残积土层为主，其下为古近系半成岩碎屑岩类；为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩，以互层方式分布。填土层广泛分布于区间线路的地表，且厚度均较深，层厚约为0.3m～15.0m，平均厚度为6.07m。其下依次为粘土、粉质粘土，厚度约为2.98m；泥岩、粉砂质泥岩，平均厚度约为3.16m；泥岩、粉砂质泥岩，平均厚度约为7.9m；粉砂岩、泥质粉砂岩，平均厚度约为8.7m。
区间主要穿越地层为素填土层、粘土层、泥岩层、粉砂岩层，隧道底部局部穿越素填土层、泥岩层、粉砂岩层。
3、布点原则
区间横断面的测点每个断面共布设9个测点，分别在左右线盾构中心，左右线盾构边缘，两条隧道的中心以及隧道边缘以外的4m对应的上方地面布设埋深为1m的测点。横断面布点如下图所示：
图1
区间横断面布点图
区间纵断面布点间距为5m，沿着左右线盾构中心对应的位置进行布点，纵断面布点如下图所示：
图2 区间纵断面布点图
三、变形分析
通过盾构施工过程中的监测数据主要从单个测点的变形规律、监测布点横断面的变形规律、监测布点纵断面的变形规律等三个方面来分析盾构引起周边地面沉降的变形规律。
由图3单个测点的变形规律来看，盾构沉降基本分为4个阶段：1、盾构刀盘前方的沉降，此阶段沉降量占总沉降量的15%～25%；2、盾构穿越过程中的沉降，此阶段的沉降占总沉降的15%～25%；3、脱出盾尾的沉降，此阶段沉降占总沉降的45%～55%；4、脱出盾尾之后至测点稳定的沉降，此阶段的沉降占总沉降的5%～15%。测点在盾构刀盘到达之前基本无变化，在脱出盾尾后2天到3天之后变化趋于稳定。测点的最终沉降量处在-81.0mm至-17.0mm之间，平均累计变化量为-44.8mm，相比其它地质条件下盾构掘进引起的地面沉降已经大了很多。
图4 区间典型横断面地表沉降时程曲线图
图5 区间典型横断面地表沉降断面图
由图6和图7测点纵断面的变形规律看，单条隧道掘进一般测点从变化开始到基本稳定需要大约4天的时间，由于盾构掘进速度一天约8环，即12m，脱出盾尾后两天盾构机距离测点位置已超过20m，盾构的影响较小，此后续的沉降为盾构扰动之后的土体固结沉降，此沉降量一般较小。由曲线图6看出部分测点在下沉到最大之后通过二次注浆能够减小测点的沉降量，因此做好盾构过程中的同步注浆与二次注浆能够有效控制测点的整体沉降量。盾构前方的影响范围约为5m至10m，盾构后方30m以外的影响较小，此区域以外的测点变化基本趋于稳定。纵向盾构机影响的范围约30m，影响最大的位置为脱出盾尾的位置，其它测点沉降量符合沉降槽曲线分布规律。
图7区间典型纵断面地表沉降断面图
四、结论
盾构在上覆厚填土层、下部为泥岩层中掘进时，引起的地面沉降普遍较大，平均已超过40mm，在盾构周边有重要周边环境的情况下需要进行其他辅助措施防止周边环境破坏的事件。盾构沉降分为4个阶段：1、盾构刀盘前方的沉降，此阶段沉降量占总沉降量的15%～25%；2、盾构穿越过程中的沉降，此阶段的沉降占总沉降的15%～25%；3、脱出盾尾的沉降，此阶段沉降占总沉降的45%～55%；4、脱出盾尾之后至测点稳定的沉降，此阶段的沉降占总沉降的5%～15%。盾构横断面的影响范围为1倍开挖深度，横断面上的测点沉降符合沉降槽曲线分布规律。盾构纵断面从变化开始到基本稳定大约需要4天的时间，纵断面盾构前方的影响范围约为10m，盾构后方的影响范围约为30m，纵断面上的测点变化同样符合沉降槽规律。做好二次注浆工作能够有效地减少地面的沉降。在了解盾构掘进过程中的变化规律之后有针对性地控制好各阶段的各项掘进参数，能够在一定程度上控制风险事件的发生。
参考文献：
[1]张云，殷宗泽.盾构法隧道引起的地表变形分析[J].岩石力学与工程学报，2002.3，388～392
[2] 王忠昶，王海涛. 地铁盾构双隧道施工诱发的地层变形规律分析[J].中国铁道科学，2013.5，1001～4632
[3] 王丽，郑刚. 盾构法隧道施工对邻近摩擦单桩影响的研究[J].岩土力学，2011.8，1000～7598
[4] 黄润秋，戚国庆. 地铁隧道盾构法施工对环境的影响研究[J].岩石力学与工程学报，2003.7，2464～2468
[5] 林存刚，吴世明. 盾构掘进速度及非正常停机对地面沉降的影响[J].岩土力学，2012.8，1000～7598
[6] 白海卫,宋守信. Peck公式在双线盾构隧道施工地层变形中的适应性分析
[7] 凌贤长，王丽霞，吴立新，王禹兰. 隧道盾构法掘进触发二次地应力分布规律研究[J].哈尔滨工业大学学报，2003.4，0367～6234
[8] 陶连金，孙斌，李晓霖. 超近距离双孔并行盾构施工的相互影响分析[J].岩石力学与工程学报，2009.9，1000～6915
[9]《城市轨道交通岩土工程勘察规范》GB50307-2012
1钟锴 北京城建勘测设计研究院有限责任公司 男 本科 测绘工程 吉林
2谷文川 沈阳建筑大学 男 本科 土木工程 江苏
论文作者:钟锴1,谷文川2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/9
标签：盾构论文; 泥岩论文; 纵断面论文; 地层论文; 区间论文; 隧道论文; 规律论文; 《防护工程》2018年第5期论文;