1、77建筑科技2023 年 第 4 期盾构下穿芙蓉大道隧道沉降控制技术研究王盛（中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司）摘要：黏质粉土土层空隙率大，含水比较丰富，颗粒间作用力小，局部易液化，自稳性极差。以无锡至江阴城际轨道交通工程盾构区间在黏质粉土层中近距离下穿芙蓉隧道的施工为例，针对盾构近距离穿越黏质粉土地层对地层扰动大、穿越风险高的特点，通过选取试验段，选取合适的掘进参数及控制措施；由现场试验得出总结，确定了穿越过程中掘进技术参数，将沉降控制在要求范围内顺利穿越芙蓉大道，为相似穿越情况提供一定的参考经验。关键词：地铁隧道；盾构穿越；黏质粉土；沉降控制；注浆；监测中图分类号：U455.43 文
2、献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）04-0077-041工程概述1.1工程概况无锡至江阴城际轨道交通南门站汽车客运站区间线路为出南门站后向南拐入虹桥南路直行，侧穿天虹桥，下穿华侨路后下穿通道、侧穿应天桥后下穿虹桥隧道，之后沿虹桥南路直行进入汽车客运站。本区间采用3段曲线，曲线半径分别为1 200 m、3 000 m、2 500 m。线路中心线间距为1421 m。区间纵断面成节能坡，线路出南门站以28坡度下降，然后以缓坡上升，最后再以28.5坡度上坡至汽车客运站。隧道埋深约为10.730.5 m。区间盾构在左线ZJXDK6+322.3707ZJXDK6+352.8204，右线
3、YJXDK6+319.5295YJXDK6+349.9973下穿芙蓉隧道，分别对应环数为473环506环、471环504环。1.2工程地质及水文地质条件1.2.1工程地质条件汽车客运站南门站区间主要穿越土层为1淤泥质粉质黏土、3淤泥质粉质黏土、2-1黏质粉土、4粉质黏土、2黏土、3T粉砂、3粉质黏土。地基土特征自上而下如表1所示。表1汽车客运站南门站区间主要穿越土层特征层号地层名称颜色状态分布特征描述1-1粉质黏土 灰黄色软塑局部为软土上部硬壳层，切面稍有光泽，韧性和干强度中等1淤泥质粉质黏土青灰灰色流塑局部含少量腐殖质，夹薄层粉土；稍有光泽，干强度低，无摇振反应2黏质粉土灰色松散局部很湿，摇
4、振反应迅速，含云母碎屑，夹少量有机质及薄层粉质黏土2-1黏质粉土灰色稍密局部很湿，摇振反应迅速，含云母碎屑，含云母碎屑2-2黏质粉土灰色稍密中密局部很湿，摇振反应迅速，含云母碎屑，含云母碎屑3淤泥质粉质黏土灰色流塑局部含少量腐殖质，夹薄层粉土；稍有光泽，干强度低，无摇振反应4粉质黏土青灰灰色软塑局部稍有光泽，干强度低，无摇振反应1粉质黏土暗绿灰黄色可塑为主均有分布切面稍有光泽，韧性和干强度中等，含有铁锰质结核2黏土暗绿灰黄色硬塑均有分布局部可塑，切面有光泽，韧性和干强度高，含有铁锰质结核和钙质结核3粉质黏土灰黄灰色可塑、为主均有分布局部软塑，切面稍有光泽，韧性和干强度中等3T粉砂灰黄色中密密实
5、局部湿很湿，切面粗糙，干强度低，韧性低，摇振反应迅速1.2.2水文地质条件本标段地下水根据其埋藏条件，分为潜水、微承压水及承压水。潜水含水层主要存在于全新统Q4填土层、2黏质粉土层中，其透水性不均匀，主要接受大气降水的入渗补给。微承压含水层由1黏质粉土夹粉砂、2粉砂夹黏质粉78建筑科技2023 年 第 4 期土组成，具微承压性。承压水赋存于2粉土夹粉砂、2粉质黏土夹粉土、2粉砂和3粉砂中，含水层的补给来源主要为承压水的越流补给及地下迳流补给。1.3隧道下穿芙蓉大道工程难点分析南门站汽车客运站区间盾构下穿芙蓉大道隧道，该地层为黏质粉土，其特性空隙率大，含水比较丰富，颗粒间作用力小，局部易振动液化
6、，自稳性极差。芙蓉大道隧道为箱涵结构，桩基础，宽27.2 m，箱涵高度7.85 m，芙蓉大道下穿隧道的800 mm立柱桩从隧道底往下长16 m，桩基础底标高约22.029 m。受影响桩基有Z9-A1、Z9-A2、Z9-A3、Z9-A4、Z9-B1、Z9-B2、Z9-B3、Z9-B4、Z9-C1、Z9-C2、Z9-C3、Z9-C4，桩径均为800 mm，桩基距隧顶最近处约1.184 m(Z9-A3/B3/C3）。盾构穿越隧道过程中，若土压过大、出土少，则前方土体受到挤压，土压升高1，芙蓉大道隧道原四周的受力状态就会发生变化，产生变形；若土压过小，就会发生局部超挖，造成开挖面土体坍塌，芙蓉大道隧道
7、四周受力平衡受到破坏，发生沉降。盾构穿越芙蓉大道隧道是保证隧道沉降不超允许值，是本工程施工控制的重点及难点。2关键施工技术控制2.1盾构施工参数设定盾构穿越芙蓉大道隧道，采用试验段的方法确定盾构掘进参数和沉降控制，确保盾构机安全平稳地穿越芙蓉大道隧道。按照以往施工经验确定穿越前50环为试验段长度，即左线423环473环，右线421环471环为试验段（50环）。试验段线路位于圆缓曲线上，右转半径为2 500 m，坡度从28.583变为24.083，隧道顶部覆土23.13 27.24 m。在试验段进行盾构掘进参数及沉降控制方法的调整及测试，正式穿越时，地表沉降变形及建构筑物沉降均处在可控范围内2，
8、主要施工参数如表2所示。表2盾构穿越芙蓉大道隧道试验段施工参数序号设定参数参数设定要求1土仓压力值P的选定盾构在掘进过程中土压力的设定值为0.320.35 MPa，实际施工时，根据盾构所在的埋深、土层状况及地表监测结果综合进行调整2刀盘转速总推力：1 1001 500 t，根据土层情况及埋深情况实时调整；刀盘转速：1.01.2 rpm，螺旋机转速1.0 rpm；刀盘扭矩：1 1001 500 kNm（适时加入泡沫剂调节）3掘进出土量控制（1）每环理论出土量=3.146.970 21.2/4=45.8 m。考虑岩土的松散系数为1.2，实际每环出土量（虚方）约为54.96 m。（2）盾构穿越芙蓉大
9、道隧道段推进出土量控制在97%99%，即54 m/环55 m/环4渣土改良按2%3%配比，适当加入泡沫序号设定参数参数设定要求5掘进速度推进速度控制在4050 mm/min，手动操作，便于稳定螺旋机转速，从而控制排土量6同步注浆每环控制注入量6.0 m。背衬同步注浆压力控制在0.20.4 MPa7二次注浆管片脱出盾尾68环位置处实施二次注浆，每环控制量控制值为1.5 m，并及时打入环箍；在二次注浆后，根据监测数据，及时实施三次乃至多次注浆，二次补充注浆压力控制在0.51 MPa8管片拼装盾构机推进完成后等候510 min，等到周边土体稳定时再进行千斤顶的回缩，保持开挖面的平衡压力，管片拼装应平
10、稳、快捷，缩短时间，拼装完成控制在30 min内2.2同步注浆施工隧道内同步注浆采用“准厚浆”，注浆压力不得小于注浆量的最小值。结合试验段的经验，掘进过程中注浆压力控制在0.20.4 MPa，注浆量控制在6 m3/环左右。实际穿越芙蓉大道隧道中注浆速度随掘进速度实时调整。根据试验段掘进参数并根据下穿芙蓉大道时掘进速度与地面监测及掘进情况，严格控制推进过程中注浆量、注浆压力及注浆速度（包括浆液稠度严格控制在1012.5 cm），掘进时具体参数如表3、表4所示。表3同步注浆浆液配比材料水水泥粉煤灰消石灰膨润土砂每立方米重量/kg36010028080980表4同步注浆浆液性能表名称性能指标稠度/c
11、m1012.5凝结时间/h13.5抗压强度/MPaR281 密度/gcm31.91 2.3二次注浆施工2.3.1二次注浆参数（1）注浆浆液：采用水泥浆-水玻璃双液浆，浆液配比为双液浆采用水玻璃用水稀释15，水泥浆水灰比为11，水泥浆与水玻璃体积比为11，单液浆水灰比为11。（2）注浆压力：注浆压力控制在0.51 MPa。（3）注浆时间：管片脱出盾尾68环开始注入，第8环管片脱出盾尾前注完，每环约注入1.5 m，分别从左上、左下、右上、右下4个注浆孔注入。（4）注浆量：每环控制在1.5 m左右。2.3.2二次注浆具体措施（1）环箍施工。左线470环拼装完成后，进行464环环箍施工；471环拼装完
12、成后，472环掘进的同时，对465环（续表）79建筑科技2023 年 第 4 期施工环箍。因479480环管片位置位于芙蓉大道围护桩，479480环脱出盾尾6环后，环箍施工。同理，505环506环管片位置位于芙蓉大道围护桩，505506环脱出盾尾6环后，环箍施工。形成有效的闭合，阻止后方地下水流入前方，以免影响沉降。右线468环拼装完成后，进行462环环箍施工，469环拼装完成后，470环掘进的同时，对463环施工环箍。因477478环管片位置位于芙蓉大道围护桩，477478环脱出盾尾6环后，环箍施工。同理，503环504环管片位置位于芙蓉大道围护桩，503504环脱出盾尾6环后，环箍施工。形
13、成有效的闭合，阻止后方浆液流入前方，以免影响沉降。（2）超前注浆管注浆。在盾构掘进过程中，安排监测人员跟机进行芙蓉大道地表沉降点监测，通过沉降数据，判断盾构开挖面是否出现较大沉降，通过超前注浆管对开挖面进行注浆加固加以控制。盾构穿越芙蓉大道前，按正常推进，在穿越芙蓉大道隧道路段，为减小盾构机壳与土体的摩擦阻力及对土体的扰动，避免后期土体的固结沉降，故在穿越芙蓉大道时采用超前注浆管向外注射高浓度膨润土浆，使盾构机掘进时与四周土体之间保持润滑。（3）增设注浆孔二次注浆。考虑盾构穿越芙蓉大道后防止后期地表出现沉降，特在盾构下穿芙蓉大道隧道及其前后10环，采用增开注浆孔的特殊管片，每环增开10个注浆孔
14、。对盾构下穿芙蓉大道隧道及其前后10环的部分采用增设注浆孔的管片进行注浆加固。对脱出盾尾后的管片及时进行二次或多次补浆，注浆采用双液浆，注浆时应遵循“多点、低压、多次”注浆原则，采用“4步补浆法”。注浆加固采用每隔1环进行1次补浆，第1、2步在脱出盾尾后6环在4点、12点方向补浆，第3、4步在脱出盾尾后15环在4点、12点方向补浆。补浆采用注浆总量与压力同时控制，每次补浆量为0.50.8 m3，补浆压力为0.51 MPa。确保每环的二次注浆量在1.5 m3左右。2.4盾构姿态控制本区间线路含3段平曲线，穿越芙蓉大道曲线半径为2 500 m。根据试验段总结，为避免曲线掘进增加地层损失，当减小对土
15、体的扰动，做到少纠偏。具体措施如下：（1）盾构掘进时，姿态控制在30 mm以内，在曲线转弯点处应多留20 mm进行纠偏。（2）盾构实际姿态与设计轴线不宜偏差过大，其夹角不得大于0.3%。本区间盾构长11.48 m，经计算下穿芙蓉大道时，实际掘进姿态与设计轴线偏差不得大于34.4 mm。（3）盾构掘进中，纠正盾构姿态时应“勤纠偏、缓纠偏”，区域油顶压力应缓慢同时增加，千斤顶油压差值不应大于5 MPa，掘进时推力不大于300 t，油顶伸出长度值不大于20 mm。（4）盾尾间隙差不得大于15 mm。（5）盾构掘进时，根据实时参数，对管片适当进行纠偏，由掘进方向，采用在管片外侧贴片的厚度大小进行纠偏，
16、纠偏方向处贴片厚度不小于1 mm。（6）下穿芙蓉大道段时，对盾构机开挖面土体进行改良，开挖面前出现超挖时及时通过注浆管进行浆液充填。（7）“勤测量”，根据实时测量的数据，经计算后根据结果调整各区域的千斤顶的总推力，根据掘进中对地面监测点沉降情况，及时对注浆参数调整，有效地控制地表沉降3。3盾构下穿芙蓉大道沉降监测及管控措施3.1监测范围、频率及警戒值（1）监测范围。下穿芙蓉大道隧道前，提前与交通局等部门进行沟通后，安排勘探人员对芙蓉大道地质进行详勘，了解掌握芙蓉大道地质情况，便于做出应急措施。根据本盾构区间工程特点及地质条件，盾构施工期间监测范围为线路中心线左右各1.5H（H为隧道中心埋深）、
17、盾构切口前方30环至后方80环范围内。（2）监测频率。隧道内视线较弱且车辆较多，考虑到人员仪器的安全，应减少监测受外界车辆震动的干扰，确保数据准确可靠。监测频率如表5所示。表5监测频率表监测对象监测项目监测频率备注芙蓉大道隧道地表沉降12次/d考虑车流量较大，保证5:00之前完成测量。如需加测，22:00以后进行测量；如出现险情，请求总包单位协助指挥交通，并增加监测频率侧墙沉降12次/d差异沉降12次/d裂缝观测12次/d（3）监测报警值。监测报警值如表6所示。表6监测警戒值序号监测项目控制值变化速率/mmd-1累计值/mm1地表沉降330，102建构筑物沉降3203差异沉降1L（L为两点间水
18、平距离）3.2监测结果盾构下穿芙蓉大道隧道期间，各监测点沉降变化量均在可控范围之内。从2021年10月18日2021年10月22日，最大变化量为SD17监测点沉降值为12.99 mm，满足穿越段80建筑科技2023 年 第 4 期控制要求（30 mm，10 mm）。3.3各阶段管控措施根据下穿芙蓉大道隧道的工况及地质特点，将下穿芙蓉大道分为3个阶段，分别为盾构穿越前试推进阶段（A区），盾构穿越阶段（特区）和盾构穿越后阶段（B区）。（1）盾构穿越前试推进阶段。掘进时，盾构切口至芙蓉大道隧道前50环10环时，作为盾构试掘进阶段。试掘进阶段，根据地面实时沉降监测情况不断调整、收集盾构推力、推进速度、
19、泡沫量、油脂量、同步注浆和二次注浆的压力与注浆量及出土量等，在正式下穿芙蓉大道时，确定最合适的掘进参数。（2）盾构穿越阶段。芙蓉大道共33环，为保证穿越时进行调整，选取芙蓉大道前后各10环范围，共计约53环作为下穿芙蓉大道的穿越段。下穿芙蓉大道时，先根据试掘进参数进行掘进施工，再根据隧道内测量及地表沉降数据对各施工参数进行调整。主要调整参数包含推进速度、土压、同步注浆和二次注浆量及出土量等主要施工参数。此外，还可通过增设注浆孔的管片及时对周围补浆，确保穿越过程中芙蓉大道隧道的安全。（3）盾构穿越后阶段。完成正式下穿芙蓉大道段后，选取盾尾脱出芙蓉大道隧道范围后10环25环作为盾构穿越后阶段。在穿
20、越过程中，及时对盾构四周土体进行补浆，地表沉降较小，穿越后，浆液凝固脱水，可能产生后期地表沉降，对芙蓉大道隧道造成影响，故在穿越段后要根据沉降监测情况进行二次补浆。4结论（1）黏质粉土地层中穿越建筑物，采用“先详勘、再试验、多注浆、勤测量、调参数、二次注浆”的动态管理理念进行沉降控制，有效地控制穿越过程中建筑物的沉降。（2）在下穿芙蓉大道前设置试掘进阶段，收集、整理黏质粉土地层盾构穿越建构筑物沉降控制技术参数，总结合适掘进参数。（3）穿越时采用同步注浆、超前注浆管注浆、增设注浆孔等注浆措施，控制隧道变形技术、控制盾构掘进速度及控制隧道沉降等技术，在施工过程中有效地控制了沉降变形，为在黏质粉土地层中盾构下穿建筑物施工提供了一定的参考经验。参考文献：1 朱合华，丁文其，乔亚飞，等.盾构隧道微扰动施工控制技术体系及其应用J.岩土工程学报，2014，36（11）：1983-1993.2 何川，封坤，方勇.盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望J.西南交通大学学报，2015，50（1）：97-109.3 李国圣.盾构隧道微扰动施工控制技术体系及其实践运用J.中国科技纵横，2016（11）：77，79.收稿日期：2023-04-13作者简介：王盛，现供职于中铁十七局集团上海轨道交通工程有限公司。通信地址：江苏省无锡市新吴区和风路26号新发汇融广场F座11楼。
