软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术研究.docxVIP

盾构法是一种常见的地下空间开发手段，具有安全高效、对周边环境影响小、适用性广泛等优点。然而，在软土地质条件下，盾构施工过程中可能会引起地面沉降的问题，对周围环境和建筑物造成不利的影响，例如导致地表沉降、管线破裂等。因此，需要快速控制地表沉降，以保证工程顺利进行。

目前，国内外不少学者已经对其进行了相应的研究。丁健等以上软下硬的地质作为研究对象，对施工后不同埋深下地表的变形规律进行研究，并利用相关分析理论构建三维非线性模型，实现盾构施工的快速控制。但该技术控制时间过长。凌涛等以某城市地铁为例，通过因素调研，判断围岩预加固质量是影响地表沉降控制效果的主要因素。同时，通过合理地优化注浆材料、钻孔注浆角度及注浆顺序等工艺参数，改善地表沉降的控制效果，但该技术控制成本过高。张海龙等通过监测地表沉降及相关参数，建立非线性粘弹性可变模量本构方程，并进行室内试验获取基本力学参数；利用广义流变理论进行数值计算，预测地表沉降和围岩变形规律；根据预测结果进行协同支护和动态调整TBM施工参数，从而对地表沉降进行控制。但该技术的控制效果不佳。国外则采用在盾构掘进下方的地下空腔中填充材料，如发泡聚合物、碎石等，以提供支撑和分散荷载，从而控制地面沉降，但该方法填充材料的稳定性和耐久性易受到影响。

为了解决上述方法中存在的问题，设计了软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术。该方法通过对盾构掘进下地面沉降情况进行分析，设定软土隧道的推进参数，从而实现对地面沉降的快速控制。通过该技术研究，可为相关工程建设提供一定的借鉴。

1软土隧道盾构掘进下地面沉降快速控制技术设计

1.1分析盾构掘进下地面沉降情况

盾构机由前盾和后盾组成，中间连接靠铰接装置实现。盾构机铰接如图1所示。

图1盾构机铰接示意

如图1所示，调整盾构机的铰接角度，保证盾构机的使用能够符合相应的曲线半径。为了更好地控制地表沉降，发挥盾构机铰接效果，需控制施工过程中的超挖量。以千斤顶的行程差作为评判标准，分析其与铰接角度间的关系，实现对超挖量的控制。其中，千斤顶行程差及铰接角度间的关系如图2所示。

图2千斤顶行程差和铰接角度的关系

由图2可以看出，铰接角度每增加1°，千斤顶行程差约增加50?mm。据此推断出超挖量和铰接角度之间的关系。同时，超挖量对盾构机应用效果有直接影响，如果超挖量过大，就会影响隧道的主体结构，妨碍施工的正常进行。如果超挖量过小，则使隧道空间变小，盾构机无法发挥自身的作用。

因此，为了保证盾构机能够发挥应有的作用，需要在盾构机上安装能够进行超挖的仿形刀。当盾构机进行转弯时，仿形刀能够利用自身的特质扩宽盾构机推进的范围，减少因空间过小而导致盾构机应用效果不佳的问题。

根据盾构机的转弯角度，对铰接角度进行适当调整，以保证盾构机在曲线路线下行进的灵敏程度，更好地对轴线进行控制，保证软土隧道的质量。通过上述盾构施工过程，对因盾构施工导致的地面变形情况进行分析，其具体变形情况及引起变形的原因见表1。

表1盾构施工导致地面沉降类型

由表1可见，在软土隧道盾构掘进施工时，由于多种因素的复杂作用，会出现沉降问题。因此需要对多因素进行控制，从而实现对地面沉降的控制。至此，完成对盾构掘进下地表沉降情况的分析。

1.2设置软土隧道盾构掘进参数

对地表沉降情况分析后，进行软土隧道盾构掘进参数设置。从上文可以看出，盾构在施工过程中，由于参数设置的不同，导致地表出现的沉降情况也会有所不同。因此，为实现对地表沉降情况的控制，设置相应的盾构掘进参数。本研究中盾构掘进参数包含盾构千斤顶的侧向压力、盾构掘进速度、出土量等多个方面。

计算出盾构千斤顶的侧向压力，以此为基础，得到千斤顶的作用力情况。其具体作用过程如图3所示。

图3千斤顶的具体作用示意

如图3所示，千斤顶的侧向压力和千斤顶承受的总压力以及其本身的弯曲角度有着直接的关系。在进行参数设置时，需要实时注意这两项数值的变化。为了减少盾构结构中约束管片的移动情况，需要加强注浆工作，并对浆液配比进行设置。其具体配比情况如下：膨润土68.5?kg/m3、水泥87?g/m3、粉煤灰328?kg/m3、砂976?kg/m3、适量水，配比后稠度达到8~10即可。其中，加入膨润土能减少管片的渗漏情况，加入水泥、砂能够缩短终凝时间，保证浆液的强度。在进行注浆参数设定时，考虑到浆液具有膨胀的空间，需要在注浆管片和四周土体之间留下相应的空隙，保证注浆工作顺利进行。

1.3实现地面沉降快速控制

通过上述的设计，实现对地面沉降的快速控制。其具体控制结果见表2。由表2可知，通过上述对盾构掘进过程中多个要点进行控制，可以快速控制地面沉降。为了实时控制隧道工程，需要增加测量频率评估控制效果是否满足需求。如果不满足，需要重新设置控制要点。考虑到隧道空间较小且视觉效果较差，需设定相应的测