卓总土压盾构地层沉降控制技术.docx

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卓总土压盾构地层沉降控制技术
土压平衡盾构施工地层沉降控制技术
卓普周
1 概 述
土压平衡盾构由盾壳、刀盘及刀盘驱动装置、密闭土舱、盾构千斤顶、螺旋输送机、管片拼装机械手、自动导向系统、盾尾密封装置和人闸等组成，基本工作原理为：盾壳支承着围岩并保护着刀盘旋转，在千斤顶推力的作用下，刀盘上被切割、破碎的碴土，经过开口进入密闭土舱内，当密闭舱内的泥土压力与开挖面压力取得平衡的同时，端部伸入土舱下部的螺旋输送机排土，控制螺旋输送机的转速或者盾构机的推进速度，达到土舱内的泥土压力与开挖面压力的动态平衡。碴土通过电瓶车拖碴车运至洞外。
国内外实践表明，即使在当前盾构施工技术日趋完善的今天，在掘进过程中也难以避免地面隆陷及地层水平位移情况的发生，客观因素主要有：
①地质勘探资料与土层实际情况存在偏差，且地质情况往往复杂多变；
②由于规划不利，盾构隧道经常近距离的从大量地面建筑物基础下面通过；在一些老城区，隧道上方分布着许多建筑年代久远的对地层变形十分敏感的地下构筑物、地面建筑物；
③盾构施工是一个系统工程，施工中间环节多、影响因素多，稍有不慎，容易出现控制不到位的情况；
④掘进施工本身就是一个主动对围岩扰动的过程；
⑤现在对环境控制的要求越来越严格等。
由盾构施工引起的地层沉降过大时，可导致地表建筑物倾斜、开裂、倒塌；地下管线断裂；地面凹陷、隆起；桥面开裂等。引起的地层水平位移过大时可能引起地下桩基偏移及管线与通道错位，甚至毁坏，对周围环境产生了不利影响。因此有必要对盾构施工引起的地层变形情况进行研究，提前采取相应的预防措施，使施工安全顺利进行,周围环境少受影响。
2盾构施工引起地面沉降原因分析
通过对盾构施工过程的分析，可得盾构施工引起地面沉降的原因主要有以下3个：
2．1盾构掘进时的地层损失
掘进时地层损失的产生主要有4个方面的原因：
（1）刀盘前方土体的水土压力没有得到及时有效地平衡，使盾构前方土体被迫处于不稳定状态。这种地层损失极为有害，是地面沉降产生的主要原因之一。
（2）管片外侧与土层之间的间隙没有及时有效地充填，产生地层损失，出现地面沉降。
1）管片要在盾壳内安装，而盾壳为了抵御周围地层的水土压力势必需要一定的厚度，其钢壳的刚度才能满足抵挡水土压力的要求，此厚度一般为5～8cm。
2）土层可能存在软硬不均等现象，为降低盾构机掘进时的姿态偏差的影响，在管片安装时，需在管片与盾壳之间留有一定的间隙，一般约为3cm左右。
3）单从机械技术角度而言，盾构机千斤顶的推力可以做到很大，然而管片砼的抗压强度是有限的，因此在依靠已拼管片提供反力的情况下，盾构机的推力不可能设计得很大，为了减少推进时周围地层对盾壳的摩阻力，降低千斤顶推力的设计，一般将盾体做成梭形，即由刀盘向盾尾做成前大后小的梭子状，以利于盾机推进时减少摩阻力，盾体前后半径一般相差在3～5cm左右。
4）盾体长度为8m左右，因此即使在设计有铰接装置的情况下，在转弯时要使盾体能顺利完成转弯施工，常常需要进行一定的超挖施工。
5）掘进时刀盘切削土体连带的扩孔效应。
综合以上1）～5），可知管片外侧与土体之间的间隙一