盾構機施工周邊地表沉降控制

----上海地鐵項目經(jīng)理部施工監(jiān)測QC小組發(fā)表人：

徐澤

二00三年十月三十日第.二.十.二.次.QC.成.果.發(fā).表.材.料盾構推進地表沉降控制上海市軌道交通楊浦線（M8線）Ⅲ標段區(qū)間單圓隧道工程，隧道總長1430米(單線)，包括黃興綠地站～延吉中路站區(qū)間和黃興路站～延吉中路站兩個區(qū)間?？傇靸r約1個億，是我公司在進行科技革新和專業(yè)化隊伍建設的一個大項目。兩區(qū)間分別采用Φ6340的法國FCB和日本小松土壓平衡式盾構機施工，管片外徑為6.2m，內(nèi)徑為5.5m，襯砌環(huán)環(huán)寬為1.0m和1.2m的管片，每環(huán)由拱底塊Ｄ(一塊)、標準塊Ｂ(二塊)、鄰接塊Ｌ(二塊)、封頂塊Ｆ(一塊)組成。

一、工程概況選題理由

加強盾構推進過程管理，控制地表沉降和隆起根據(jù)以上原因，項目部經(jīng)研究決定成立地面沉降控制小組，并確定課題為“盾構推進地表沉降控制”黃興綠地～延吉中路區(qū)間隧道覆土淺，其中穿越走馬塘河河床最小處覆土僅3.3m，且盾構通過的為不利的②-3b土層區(qū)間地下管線密集，分布較復雜，在0～4.5m范圍內(nèi)。有電力、煤氣、通信、上下水管等。管道距隧道頂部最近僅0.5m。盾構穿越一些居民區(qū)，房屋多為2～7層磚砼結構，均為條形基礎，對地面隆沉變化較敏感。二、選題理由序號

姓名

年齡

職務

文化程度

組內(nèi)職務

1胡廣輝

36總工程師大專組長2劉恩波31項目副經(jīng)理

大專副組長3李小光

30工程部長

本科組員4沈寧

29測量工程師

大專組員5魏百術

22盾構機司機

中專組員6徐澤

31工程師

本科組員7羅人賓

33盾構機司機本科組員8練培川

24測量工高中組員9郭建莊

31拌漿工

技工組員10高軍25測量員

中專組員11查子玉

36起重工

技工組員小組類型

現(xiàn)場攻關型

接受TQC教育時間48小時活動時間

2003.7.20-10.20

注冊時間

2003.7.20

活動次數(shù)

17次

注冊編號

SDJ-420306三、小組概況黃興綠地～延吉中路區(qū)間隧道7月22日出洞以來，地表沉降一直較大。其中，沉降最大的監(jiān)測點XX11總下沉量達61mm,遠遠超過了規(guī)范規(guī)定的-30mm，并在隧道上方地表形成了一些細小的裂縫。以下圖表是已施工隧道中軸線XX1～XX14監(jiān)測點地面沉降累計沉降記錄。四、現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計人：徐澤統(tǒng)計時間：2003-8-20土體累計沉降量從以上統(tǒng)計調(diào)查表可看出：已施工的隧道對地表的沉降控制較差，各沉降觀測點沉降量大多都超過了警戒值-30mm，其中最大監(jiān)測點總沉降量達-61mm。但由于隧道推進上方為空置場地和人行道，沉降僅僅在地面形成了一些細小的裂縫，對周圍環(huán)境并未造成較大影響。前方推進即將穿越松花江路和居民區(qū)，如果地面沉降問題仍不能解決，將會嚴重影響周圍環(huán)境和居民的人身安全。確定目標：

將地表沉降控制在0～-30mm以內(nèi)。設計覆土淺，開挖面的管理幅度小

通過對盾構施工不利的②-3b土層隧道頂部有動荷載注漿量不足注漿壓力設置不當環(huán)境因素注漿管理沒有充分利用不同注漿管道來調(diào)節(jié)姿態(tài)注漿時間控制不好地表沉降圖表1

經(jīng)小組成員認真開會討論，找出影響地表沉降的原因如（圖表1、2）五、原因分析設備功能老化，數(shù)據(jù)顯示有偏差設計自動控制能力較差出土量較大盾構姿態(tài)控制不好機械設備機械操作管片拼裝質(zhì)量較差地表沉降圖表2推進速度較快施工管理土艙壓力設定與實際壓力有偏差施工間歇時間較長

通過原因分析，我們找出了影響沉降的以下因素，為了尋找主要因素，小組成員對所有的因素進行了逐一論證，見表3、41覆土較淺設計因受周圍環(huán)境限制致使隧道頂部覆土較淺，但可加強施工過程控制來保證。非主要因素2通過土層不利針對地質(zhì)條件問題，可以采取一些措施對土體進行改良。非主要因素3隧道頂部有動荷載主要隧道上方為人行道和機動、非機動車道，但同類工程經(jīng)驗表明對沉降影響不大。非主要因素4注漿量不足對通過土層的特性不了解，沒有類似土體的施工經(jīng)驗，注漿量偏少。主要因素5注漿管沒有充分利用可以利用6根不同位置注漿管對管片的偏差和漏水情況進行控制。非主要因素6注漿時間控制不準確注漿與推進同步進行，如果推進速度過快，會導致注漿不均勻，主要要控制推進速度。非主要因素7注漿壓力設置不當注漿壓力過大可能會擾動周圍土體，致使土體重新固結而下沉，但因固結而造成的沉降不大。非主要因素序號論證項目論證內(nèi)容論證結果8設備功能老化顯示不準設備功能雖老化，但在加強人工測量的基礎上也可以較好控制。非主要因素9自動控制能力較差因購置時間較早，PLC技術能力不足，但通過盾構司機的增加勞動，可以完全控制。非主要因素10土艙壓力設定偏差土壓力計算值和推進中土艙的實際壓力存在偏差，但可以根據(jù)施工經(jīng)驗值隨時進行修正。非主要因素11施工間歇時間較長可通過加強施工過程管理來控制施工間歇時間。非主要因素12推進速度快速度過快會擾動土體并影響注漿的均勻性和穩(wěn)定性。主要因素13出土量較大出土量過大可通過控制螺旋機轉速進行調(diào)整，對地表沉降影響不大。非主要因素14盾構姿態(tài)控制不好姿態(tài)不好會擾動周圍土體，增加管片拼裝難度會出現(xiàn)漏漿、漏水而使地表沉陷。主要因素15管片拼裝質(zhì)量較差出現(xiàn)漏漿、漏水而使地表沉陷，但可通過控制盾構姿態(tài)和加強作業(yè)人員素質(zhì)加以確保。非主要因素序號論證項目論證內(nèi)容論證結果

地表沉降注漿量不足推進速度過快盾構姿態(tài)控制不好至此，得知影響地表沉降的主要原因有三個：序號主要因素改進對策實施方法目標負責人完成日期1注漿量不足增加每環(huán)注漿量增加每環(huán)注漿量

把注漿量由原來的平均2.4m3/環(huán)增加到2.6m3/環(huán)。胡廣輝魏百術2001.8.82推進速度快合理控制推進速度要求盾構司機降低盾構總油壓，降低推進速度。推進速度控制在3cm/min.魏百術羅人賓2001.7.153盾構姿態(tài)控制不好保證良好的盾構姿態(tài)。加強盾構姿態(tài)測量，推進中要勤糾偏，一次糾偏要少量。減少土體擾動和管片碎裂。沈寧羅人賓2001.7.15六、制定對策表5對策表

1、注漿量不足：盾構外徑為φ6.34m，而管片外徑為5.5m，因此，在施工存在一個建筑空隙，為了在防止上方土體松動和下沉的同時防止管片漏水，并達到早期穩(wěn)定和防止隧道蛇行的目的，必須對空隙迅速實施注漿。注漿量往往達到計算空隙的150%～200%，是影響地面沉降的最主要因素，施工會因地質(zhì)、水文情況的不同而改變，對盾構通過的粉質(zhì)砂土來說，漿液在土層中易劈裂、流失，原來每環(huán)2.4m3偏少，應將注漿量提高至2.6m3/環(huán)較合適。七、對策實施

2、推進速度過快：推進速度原先實際施工在4cm/min左右，因設備老化，注漿流量及壓力調(diào)整不準，過快速度把每環(huán)35分鐘的注漿時間縮至25分鐘，這樣就減少了注漿量。另外，增加速度相對來說也加大了盾構本體對周圍土體的擾動，而這些因素相對都增加了地表的沉降。

3、盾構姿態(tài)控制不好：盾構姿態(tài)控制不好，如糾偏時調(diào)整過速，會導致盾構蛇行而增大對盾構通過土體的劇烈擾動，使原有的土體平衡被破壞，水土會流失而導致地表形變。為減少擾動土體，推進中糾偏要勤糾、慢糾，防止一次糾偏較大，并采用低壓石棉橡膠板對出現(xiàn)的環(huán)面超前等及時糾正，防止因姿態(tài)不好造成的管片拼裝質(zhì)量差而引起的地表沉降出現(xiàn)。八、效果檢查從圖示XX1～XX14和XX14～XX19兩段監(jiān)測點沉降情況對比分析，統(tǒng)計調(diào)查表可看出，最大沉降量已由第一段的61mm下降到42mm,但平均沉降量變化不大（41.237.6mm)仍然超過預定目標較多。前方推進即將穿越松花江路和居民區(qū)，如果地面沉降問題仍不能解決，將會嚴重影響周圍環(huán)境和居民的人身安全。注漿量還是不足注漿管理漿液的性能存在問題地表沉降原因九、分析原因施工管理土艙壓力設定與實際壓力有偏差千斤頂油缸漏油回縮機械設備

通過原因分析，我們找出了影響沉降的以下因素，為了尋找主要因素，小組成員對各種因素進行了逐一論證，見下表1千斤頂油缸漏油回縮千斤頂油缸漏油回縮引起土艙內(nèi)壓力損失，造成土艙土壓下降，開挖面失穩(wěn)沉降。主要因素2注漿量還是不足雖然注入量已達2.6m3,但施工中地表沉降仍然很嚴重，而注漿量又是影響沉降最直接、最重要的因素，因此，數(shù)量仍要增加。主要因素3漿液的性能存在問題換細砂為中砂并增加膨潤土用量，以降低漿液稠度。主要因素4土艙壓力設定與實際壓力有偏差可以根據(jù)盾構推進前10m的沉隆來設置土艙壓力值，實際上由于土體表面均為硬化路面，變化不明顯，對壓力設定參考價值不大。非主要因素序號論證項目論證內(nèi)容論證結果地表沉降注漿量仍然不足漿液的性能存在問題千斤頂油缸漏油回縮至此，影響地表沉降的主要原因有三個：序號主要因素改進對策實施方法目標負責人完成日期1注漿量仍然不足增加每環(huán)注漿量增加每環(huán)注漿量

把注漿量由原來的平均2.6m3/環(huán)增加到2.8m3/環(huán)。胡廣輝魏百術2001.8.82千斤頂油缸漏油回縮進行閉胸推進施工停機中根據(jù)土壓情況，進行閉胸推進，維持土艙內(nèi)的土壓力。維持土艙正面土壓力魏百術羅人賓2001.7.153漿液的性能存在問題增加漿液稠度換細砂為中砂并增加膨潤土用量，以降低漿液稠度?？刂茲{液稠度在9～10.5之間。沈寧羅人賓2001.7.15十、制定對策

對策表

1、注漿量仍然不足：雖然每環(huán)注漿量已達2.6m3,但施工中地表沉降還是很嚴重，而注漿量又是影響沉降最直接、最重要的因素，因此認為，改進后每環(huán)2.6m3仍然偏少，經(jīng)施工中反復實驗分析，應將注漿量提高至2.8m3/環(huán)較合適。

2、千斤頂油缸漏油回縮因設備購置時間較長，部分構件已老化，施工中一旦因管片供應或設備的其他部位故障造成停機后，千斤頂油缸會漏油回縮。千斤頂油缸漏油回縮后引起土艙內(nèi)壓力損失，造成土艙內(nèi)土壓下降，開挖面失穩(wěn)而沉降。解決這種情況方法是：施工停機后，根據(jù)土艙內(nèi)壓力情況，不定時進行閉胸推進（即不出土推進），以維持土艙內(nèi)的土壓力，保持開挖面平衡。

3、漿液性能不好：漿液性質(zhì)應滿足以下要求：1、不發(fā)生材料離析；2、不喪失流動性；3、注漿后體積減少；4、強度大于土體；5、防水效果好；6、良好的可泵性。另外不同土體對漿液的要求往往都有細微的差別，并且，這個差別對控制地表沉降都很重要。目前使用的漿液是在明珠二期施工中在淤泥質(zhì)粘土施工研制的，對粉質(zhì)砂土并不完全適用，必須進行改良。換細砂為中砂并增加膨潤土用量，以降低漿液稠度，減少注漿后的體積收縮和增加強度，保證建筑空隙充填的穩(wěn)定性和飽和性。

1、小組目標完成情況：黃興綠地站～延吉中路站區(qū)間下行線隧道已于2003年10月18日貫通。由于QC小組正確對策的實施，隧道在109m以后的施工中的地表沉降均控制在0～-30mm之內(nèi)，最大沉降量由-61mm下降至-25.78mm,平均沉降量由-40mm下降至9.65mm,實現(xiàn)了確定的目標。監(jiān)測點累計沉降如下圖所示：順利通過了松花江路和走馬塘附近的居民區(qū)，未出現(xiàn)任何安全、質(zhì)量問題和居民投訴現(xiàn)象。十一、效果檢查小組目標實現(xiàn)了小組目標實現(xiàn)了

2、社會效果：黃興綠地站～延吉中路站區(qū)間下行線隧道，是我集團公司采用盾構法施工的第一條隧道。地表沉降、軸線偏差、滲漏水等方面的質(zhì)量控制均能滿足《驗收規(guī)范》的要求，工程質(zhì)量優(yōu)良。得到了監(jiān)理、業(yè)主、上海市質(zhì)檢站的一致好評，均表示中鐵四局是一個能打硬仗的隊伍。在2003年11月6日，該工程通過了上海市文明工地的初驗。為我局開拓城市軌道交通市場，創(chuàng)造了良好的條件，同時也為下一步上海地鐵M8線未完工程及軌道交通九號線盾構隧道施工取得了寶貴的經(jīng)驗。⑴根據(jù)QC小組活動所得的結果，把各工序中易引起地表沉降的的原因分別加入了《推進作業(yè)指導書》、《注漿作業(yè)指導書》、《拌漿作業(yè)指導書》及《管片拼裝作業(yè)指導書內(nèi)》內(nèi)并應用的施工中去。⑵加強隧道施工的技術管理工作，聘請有經(jīng)驗的盾構司機和常年從事隧道施工的作業(yè)隊直接加入工班，增加技術工人的數(shù)量。⑶派盾構司機、起重工和機械人員參加有關盾構施工的技術培訓，強化其