盾构隧道穿越软土地层技术研究

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盾构隧道穿越软土地层技术研究李家健

（武汉新业人力资源公司，湖北󰀃武汉󰀃430000）

摘 要：文章依托工程实例，结合工程特点综合考虑位于软土地层范围盾构隧道的施工及运营期间风险，软土地层分布情况及周边环境因数，从隧道设计阶段及施工阶段盾构机选型两方面处理措施进行了研究。关键词：盾构隧道；软土地层；风险处理措施；盾构机选型中图分类号：U455.43󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃随着城市规模的扩大，所面临的交通压力也日愈凸显，城市轨道交通因载客量大，被越来越多的城市采纳。其中以盾构法对环境影响小，施工速度快等优点被广泛应用于城市轨道交通区间隧道施工中，盾构隧道在施工掘进过程中充满了风险，尤其对于沿海城市中，地质环境差，主要以软土为主，处于软土地层的盾构隧道在运营期会发生沉降，根据相关学者研究，置于软土中的地铁盾构隧道，其长期沉降量可占到总沉降量的30%～90%[1]，上海地铁在盾构通过后217d达到基本稳定，最大实测沉降为75mm[2]。当盾构隧道存在过大的沉降量将会导致隧道管片破坏，影响列车行进安全。本文以台州市域铁路1号线某区间为例，对软土土层环境下盾构隧道施工期间和运营期间主要风险及其应对措施作阐述和研究。

1 工程概况

台州市域铁路1号线某区间位于温岭市城区，此段隧道长2145.36m，线间距约为15.5m，线路平面最小曲线半径为700m，最大纵坡为21‰，隧道主要穿越2-3淤泥质黏土，侧穿西月河桥及北山河桥两座公路桥梁，侧穿豪城公寓等建构筑物。工程地质，周边环境复杂。

2 工程地质

区间隧道所在地貌为海积平原，地形平缓开阔，场地现为城市交通主要干道（中华北路）、房屋建筑及居民住宅区等。隧道穿越2-3淤泥质黏土地层，根据地质勘察报告该土层地质情况如下：

②3层：淤泥质黏土（mQ42）。灰色，流塑，可见层理，局部粉质含量高，局部为淤泥质粉质黏土。标贯实测锤击数平均值为2.43击。该层分布广泛，基岩埋深较浅处缺失，层位较为稳定，物理力学性质很差，具高压缩性，层厚1.50～23.60m。承载力特征值为50kPa。

3 隧道穿越软土地层风险

3.1 盾构隧道运营期风险

盾构隧道运营期风险主要体现为四个点：（1）长期沉降及差异性沉降造成管片开裂、掉块，影响盾构隧道结构安全。（2）差异性沉降过大造成管片纵缝、环缝张开过大，进而造成管片漏水，影响盾构隧道正常使用。（3）盾构隧道沉降过大，造成管片结构侵限并增加内部管线、基础网等设施安全问题，影响列车安全运

作者简介：李家健（1991—），男，本科，助理工程师，研究方向：盾构隧道设计。

󰀃󰀃文章编号：2096-27（2019）01-0023-03

营。（4）隧道产生较大沉降后，后续所能采取的有效补强措施比较有限，其实施效果难以保证且施工成本高昂，补强施工时间窗口只能是晚上列车停运时间段[3]。3.2 盾构隧道施工期风险

盾构隧道施工期风险主要体现为四点：（1）盾构隧道施工中需通过调整盾构参数，采取相应措施稳定掌子面，因软土流塑性较好，含水率较大，易引起地表沉降过大，管片破损，隧道变形。（2）盾构隧道施工中对周边环境建构筑物，管线影响大。易造成建构筑及其桩基倾斜，沉降值过大，管线破裂及变形。对于重要管线及建构筑物需采取相应加固措施，增加施工费用。（3）盾构隧道下穿河流地段会造成掌子面及其周围淤泥因受扰动过大而固结沉降，侧向挤出而引起河水渗透突水喷涌现象。（4）盾构隧道施工过程中由于淤泥质黏土承载力低的特性，盾体在停机或掘进中因自重而引起沉降、姿态难以控制（磕头）或停机后再次施工期间,若参数设置不合理、处理措施不当，易引起地表沉降大，管片上浮、破损、隧道变形、超限等不利影响。

4 针对风险的处理措施

盾构隧道的风险主要为施工期间和运营区间风险，本文主要从设计、施工两个阶段来考虑风险处理措施。4.1 设计阶段处理措施

（1）此段隧道纵坡最大坡度为21‰，小于规范要求的30‰，但因为此段隧道软土深度范围较大，最大深度为23.6m，调整隧道纵坡后，仍有大范围隧道位于软土范围，且会导致两边车站深度增加，经经济性比较后，最终确定为21‰。

（2）由于隧道沉降造成管片结构侵限，影响列车安全运营。在盾构管片设计中建筑限界为7400mm，管片内径为7700mm，隧道顶部预留150mm的沉降富余量（见图1）。

图1 盾构隧道限界图

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| 研究成果 | Research Findings

2019年第1期

（3）针对后续补强措施，在增设注浆孔隧道范围内每环管片预埋设1个接驳管，接驳管埋入深度以道床面齐平，不得高于道床面。若在运营期间，隧道沉降量过大，可通过此接驳管注入水泥浆液减缓隧道沉降。

（4）由于盾构隧道在软土中会发生不均匀沉降，在位于软土范围中的隧道混凝土道床施工前先施工一道纵梁。增强环与环之间的联系，增加管片纵向刚度（见图2）。

图2 盾构隧道纵梁设计图

（5）由于软土承载力较低，具有高压缩性，因此通过对软土地层进行预加固，提高其土层参数，本区间隧道软土地基加固主要采用两种：①采用旋喷桩地面加固，对于隧道底部软土厚度大于0.2m区段，采用1400×1400间距梅花形布置φ800双重旋喷桩加固处理，加固宽度为隧道轮廓外1m范围之内，加固深度为盾构管片外轮廓以上1m至非淤泥层以下0.5m，隧道底部软土厚度超过5m区段，加固深度为盾构管片外轮廓以上1m至隧底以下5m。②采用洞内注浆加固，对于隧道底部软土厚度小于0.2m区段，隧道底部淤泥层至隧道最底部以上3.15m范围内软土层采用洞内注浆加固措施处理相关地层（见图3、图4）。

（6）由于盾构隧道差异性沉降过大造成管片纵、环缝张开过大造成管片漏水。联络通道位置特殊环与标准环之间，岩土分界位置两环管片之间设置变形缝。4.2 施工阶段处理措施

位于软土范围内盾构隧道施工阶段处理措施主要在于盾构机选型方案研究。盾构机选型研究结果如下：

（1）盾构机在停机或掘进过程中，由于刀盘比盾尾中，所以选择切口高程比盾构高程高。盾构坡度比设计坡度略高0.3%。

（2）盾构机掘进时需及时调整姿态，纠正偏差。根据盾构机姿态信息，结合线路条件及隧道地层状况，合理选择盾构机推进油缸模式。

（3）实施纠偏应逐环、小量纠偏，且过程需缓慢进行，防止过量纠偏而损坏已拼装管片和盾尾密封。曲线段掘进时，应在掘进入曲线前预留偏移量。

（4）根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数（20～40mm/min），调整掘进方向时应设置警戒值与值。纠偏程序应在掘进过程中达到警戒值启用。

（5）为确保拼装质量与精度，防止管片局部破损、开裂，掘进过程中需正确进行管片选型，合理调整推进油压，不宜过快、过大。

（6）盾构停机前应做好盾尾密封油脂注入工作，防止发生盾尾漏水现象，停机期间盾构司机和掘进、维保班工作人员不得无故离场，需根据实际情况安排盾构机保养和保洁措施。

（7）向刀盘前方土体减少泡沫的注入，减少对地层扰动，增大推进土压以维持土压和开挖面的稳定。

（8）施工过程中严格控制同步注浆和注浆压力，加强二次补浆，缩短浆液初凝时间，确保衬砌背后浆液的填充效果。

（9）施工过程中严格按照设计土压力进行推进，并根据水位变化进行调整；推进过程中加强对盾尾刷和铰接密封的维护保养。

5 结论与建议

软土对盾构隧道施工及运营危害大，因其处理难度大，代价高昂且效果难以保证，在前期方案设计阶段和施工阶段均需重视。（1）在设计阶段优化线路平纵断面，尽量使隧道远离软土地层，若因其他因素控制，线路纵断面调整余地小，隧道需穿越软土地层，则需很据隧道下卧软土地层厚度来选择合适的加固方式。（2）隧道穿越软土地层厚度大，承载能力小，需在盾构隧道管片

图3 盾构隧道地面加固设计图

2019年第1期Research Findings | 研究成果 |

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图4 盾构隧道洞内加固设计图

内径选择上预留合适的沉降富裕量。避免后期因为沉降导致隧道结构下沉侵限，影响列车运行安全，同时需要增强盾构隧道纵向刚度及防水措施，减少差异性沉降及其引发的隧道漏水。（3）盾构隧道在运营期间，由于列车运行时对土体的扰动，施工期间由于地基加固效果难以保障等因数，需要对隧道进行补强措施，在盾构管片底部预留注浆接驳管。（4）盾构隧道穿越软土地层施工期间控制核心在于盾构机掘进参数的调整，盾构机选型需从安全性、可靠性、适用性、先进性、经济性及考虑本工区特殊地层等方面综合考虑，选择的机型应对特殊地层有较强的适应性并在保持开挖面稳定条件下尽量减少辅助施工措施。同时，应根据盾构隧道的基础参

数，地质条件，线路曲率半径、周边环境及地面沉降控制需求综合确定掘进参数。

参考文献：

[1]SHIRLAW J N.Observed and calculate pore pressure

and deformations induced by an earth balance shield:discussion[J].Canadian Geotechnical Journal,1995(32):181-1[2]刘洪州,孙钧.软土隧道盾构推进中地面沉降影响因数数

值法研究[J].现代隧道技术,2001,38(6):24.[3]殷凯.软土地层盾构隧道沉降控制措施研究[J].科技创新

与应用,2018(33):120.

Research on Shield Tunnel Crossing Soft Soil Layer

Li Jiajian

(Wuhan Xinye Human Resources Company,Wuhan Hubei 430000)

Abstract： Based on the engineering examples and combined with the characteristics of the project, the article comprehensively considers the risk during the construction and operation of the shield tunnel located in the soft soil layer, the distribution of the soft soil layer and the surrounding environmental factors, and this paper studies two measures of the selection of the shield machine from the tunnel in construction stage and design stage.

Key Words：shield tunnel, soft soil, risk management measures, shield machine selection