中铁装备盾构机在石家庄市部分地层下施工的地表沉降分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇中铁装备盾构机在石家庄市部分地层下施工的地表沉降分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要:地表沉降是盾构施工的重要控制指标之一，不同品牌的盾构在不同地质情况下的沉降量也不尽相同。本文依工程实例，主要就中铁装备CTE6250盾构机在石家庄市部分地层下的地表沉降数据进行分析，为盾构施工提供参考。

关键词：盾构 石家庄 沉降

中图分类号：U455文献标识码： A

1、前言

石家庄市城市轨道交通1号线一期工程，有多条隧道采用了中国民族品牌：中铁装备集团有限公司自主研发的CTE6250型盾构机进行施工，该盾构机标准直径为6.25米，盾体长度为7.95m，盾构机含后配套设施全长为80m。本区间采用管片环宽1.2米，直径6m的混凝土管片。管片的分割数是“3+2+l”,即每环三个标准块A1、A2、A3,两个邻接块B1、B2,一个封顶块K。

本文以石家庄市城市轨道交通1号线一期工程体育场站～北宋站区间遇到的多种地层为例，对ETC6250型盾构机在石家庄市部分地层下施工过程中的地表沉降进行分析。

2、工程概况

体育场～北宋区间以体育场站为起点，由西向东沿中山东路敷设，至北宋为终点，区间的起始里程为K13+671.690，终止里程为K14+608.230，线路总长936.54m。

线路出体育场站后，沿中山路向东敷设，线路平面在穿越民心河时，为躲避桥桩，区间左、右线以曲线（左R=800-450-800m，右R=1200-700-1200m）向南、北两侧撇开，通过民心河后到达北宋站。线路间距15.2m～53.9m，线路纵向坡度呈“V”字型坡，区间覆土厚度约9.2～13.1m。

本区间隧道所在地层主要有黄土状粉质粘土、粉细砂、中粗砂、细中砂。

3、沉降分析

石家庄市城市轨道交通1号线一期工程施工期间，每段隧道均存在不同程度的出现单日沉降速率达到预警值，而累积沉降量均为预警的情况。针对这种情况，本文作者对体育场站-北宋站区间盾构施工的相关数据进行搜集，并予以分析。

3.1 沉降速率与沉降时间阶段的关系

根据各个城市对盾构机造成地面沉降的研究，造成沉降的原因与地面沉降的时间阶段有着密不可分的关系，而沉降的时间主要分5个阶段：

（1）盾构机到达前的地面变形(刀盘前10m~50m)

（2）盾构机刀盘前方的地面变形（刀盘正上方~刀盘前10m）

（3）盾构机穿越时的地面变形（刀盘正上方~盾构机尾部）

（4）盾构机穿越后地面变形（盾构机尾部~盾尾后30m）

（5）远期沉降（距离盾尾>30m）

3.2地面沉降的原因

目前我国各地方城市普遍在采用盾构法进行地铁隧道施工，根据各地施工经验，造成地面沉降的原因主要有：

（1）因施工原因，使得地下水损失而造成地表沉降。

（2）因为盾构机土仓压力过低，使得掌子面坍塌而引起地表沉降。

（3）因盾构机同步注浆量不足而引起的地表沉降。

（4）因同步注浆浆液性能或凝固时间过长而引起的地表沉降。

（5）因地层自稳性差，在浆液凝固前，因应力释放而造成的自然沉降。

下面我项目则对各类容易造成地面沉降的问题进行逐个分析。

3.2.1 因地下水损失而造成地表沉降

根据地勘报告显示，体育场站～北宋站区间地下水位在45m左右，而该处隧道底部埋深仅为17m～19.5m，无地下水。

同时，因地下水位损失而造成沉降的位置，应在刀盘进入监测点位前10m～50m处就应存在明显沉降。

根据以上两点，可排除该项原因。

3.2.2 因盾构机土仓压力原因而造成地表沉降

土仓压力是保证盾构掌子面稳定的重要因素，若土压较低则会造成掌子面坍塌，而造成盾构刀盘前方0～5m位置沉降明显，而造成沉降超标。

若土压较高，则会造成刀盘前方0～5m的位置隆起明显，而造成隆起超标。

但是根据监测数值显示，盾构机刀盘进入前，监测点位无明显变化，可排除该项原因。

3.2.3 因同步注浆量不足而造成地表沉降

盾构同步注浆量不足是全国大部分地区造成地面沉降的主要原因。若同步注浆方量不足，则会造成在监测点位在脱出盾尾后，长时间进行沉降，且累计值较大。但本区间监测数据可显示，监测点位在脱出盾尾后，沉降值明显减少，且在12小时后趋于稳定，累计沉降值均在控制值之内（详见本文P2～P4页）。

同时，根据我方现场记录，盾构同步注浆的注入量为6～9m³。根据理论计算，同步注浆的充盈系数一般为1.3～2.5，也就是 （3.14²-3²）*3.14*1.2=3.24（理论空隙）；4.21 m³（3.24*1.3）～ 8.1m³（3.24*2）之间，同步注浆量满足规范要求，故基本排除了因注浆量不足而导致的地表沉降的原因。

3.2.4 因同步注浆浆液性能或凝固时间过长而造成的地表沉降

根据本报告P2～P4页的监测数据可显示，此次预警的几个点位在盾构机刀盘至盾尾之间的12小时沉降量基本在4mm左右，在脱出盾尾至浆液凝固这段时间的沉降量基本在1mm左右，且根据凝固时间，沉降量明显降低，累计沉降量均未超标。故排除了因同步注浆浆液性能或凝固时间过长而造成的地表沉降原因。

3.2.5 因地层自稳性而造成地表沉降

因地表沉降的时间段基本集中在盾构机穿越监测点位下方时，我方针对此项因素对盾构机构造进行了进一步分析。

中铁装备的CTE6250型盾构机刀盘直径为6.28m，中盾盾体直径为6.24m，存在4cm间隙，而该处设计于其他盾构机一样，沉降因无注浆浆液压力或土仓压力的支持，存在下沉趋势。若土地自稳性差则沉降在所难免，唯一的解决方法为减少土体暴露时间从而减少沉降量。（详见后图）。

在盾尾与管片交接处，因盾尾直径为6.23m，管片外弧面直径为6m，存在23cm间隙，故需采用同步注浆浆液进行填充，而同步注浆浆液一般凝固时间为7~10小时，初凝前难以保持稳固，若土地自稳性差则必定存在较大沉降。

图3.2.5-1 盾构机掘进图

结合掘进参数、地层土样及施工情况综合分析。我部初步判断产生沉降量变化的原因为盾构刀盘切削渣土对拱顶砂层造成扰动发生变形（中粗砂地层尤为明显）。砂质地层孔隙率大，穿越时通过刀盘切削渣土，对地层造成扰动，土体敏感性高，地层自稳性差，故穿越此类地层时易产生不均匀沉降。

3.3、沉降量分析

根据对已以上数据的分析，在石家庄市特有的全断面砂层地质下（粉细砂、细中砂、中粗砂），地面在盾构机刀盘通过至该点位同步注浆浆液凝固这1天的时间内，必定存在1~5mm的沉降值，而此后的地面沉降则趋于稳定。不同地层层沉降量也不同.盾构机在不同地层中的单日沉降量皆有不同，而造成沉降量不同的原因如下所示：

（1）上部为粉质粘土、下侧为粉细砂的情况下：

上部粘土因具有一定粘合力较为稳定，下侧粉细砂因自身存在一定摩擦角，也具有一定的稳定性故沉降较少（详见图3.3.4-1）。

图3.3.4-1 地质分析图一 图3.3.4-2 地质分析图二

（2）上、下部为砂层、中间为粉质粘土层：

上部中间的砂层因重力原因稳定性较差，左上、右上方的粉质粘土因具有一定粘合力较为稳定，下侧粉细砂因自身存在一定摩擦角，也具有一定的稳定性。故此种地层较第1种地层沉降较大。（详见图3.3.4-2）

（3）全断面砂层：

上部的砂层因重力原因稳定性较差，下侧粉细砂因自身存在一定摩擦角，具有一定的稳定性。因此种地质下，不稳定砂层的面积比第2种地质大。故此种地层较第2种地层沉降更大。（详见图3.3.4-3）

图3.3.4-3 地质分析图三

根据监测数据，在全断面砂层下管片脱出盾尾时沉降较大，可能造成单日沉降量超出预警值；但同步注浆凝固后，沉降基本稳定，累计沉降量可控制在预警值之内，属于安全可控范围。

4、结语

通过对石家庄市城市轨道交通1号线一期工程体育场站～北宋站区间多种地层下的地表沉降分析。更为深入的了解了盾构施工过程中地表沉降的原因，同时为中国民族品牌盾构机的完善提供了一定的依据，也为石家庄市地铁今后的盾构施工提供了一定参考。

作者简介

邹飞，性别男，陕西咸阳人，本科，盾构工程师，主要从事地铁施工。