盾構(gòu)機(jī)施工周邊地表沉降控制

----上海地鐵項(xiàng)目經(jīng)理部施工監(jiān)測(cè)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(gòu)推進(jìn)地表沉降控制上海市軌道交通楊浦線（M8線）Ⅲ標(biāo)段區(qū)間單圓隧道工程，隧道總長(zhǎng)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(gè)區(qū)間?？傇靸r(jià)約1個(gè)億，是我公司在進(jìn)行科技革新和專(zhuān)業(yè)化隊(duì)伍建設(shè)的一個(gè)大項(xiàng)目。兩區(qū)間分別采用Φ6340的法國(guó)FCB和日本小松土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程管理，控制地表沉降和隆起根據(jù)以上原因，項(xiàng)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(gòu)推進(jìn)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(gòu)通過(guò)的為不利的②-3b土層區(qū)間地下管線密集，分布較復(fù)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(gòu)穿越一些居民區(qū)，房屋多為2～7層磚砼結(jié)構(gòu)，均為條形基礎(chǔ)，對(duì)地面隆沉變化較敏感。二、選題理由序號(hào)

姓名

年齡

職務(wù)

文化程度

組內(nèi)職務(wù)

1胡廣輝

36總工程師大專(zhuān)組長(zhǎng)2劉恩波31項(xiàng)目副經(jīng)理

大專(zhuān)副組長(zhǎng)3李小光

30工程部長(zhǎng)

本科組員4沈?qū)?/p>

29測(cè)量工程師

大專(zhuān)組員5魏百術(shù)

22盾構(gòu)機(jī)司機(jī)

中專(zhuān)組員6徐澤

31工程師

本科組員7羅人賓

33盾構(gòu)機(jī)司機(jī)本科組員8練培川

24測(cè)量工高中組員9郭建莊

31拌漿工

技工組員10高軍25測(cè)量員

中專(zhuān)組員11查子玉

36起重工

技工組員小組類(lèi)型

現(xiàn)場(chǎng)攻關(guān)型

接受TQC教育時(shí)間48小時(shí)活動(dòng)時(shí)間

2003.7.20-10.20

注冊(cè)時(shí)間

2003.7.20

活動(dòng)次數(shù)

17次

注冊(cè)編號(hào)

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(lái)，地表沉降一直較大。其中，沉降最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)XX11總下沉量達(dá)61mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)范規(guī)定的-30mm，并在隧道上方地表形成了一些細(xì)小的裂縫。以下圖表是已施工隧道中軸線XX1～XX14監(jiān)測(cè)點(diǎn)地面沉降累計(jì)沉降記錄。四、現(xiàn)狀調(diào)查統(tǒng)計(jì)人：徐澤統(tǒng)計(jì)時(shí)間：2003-8-20土體累計(jì)沉降量從以上統(tǒng)計(jì)調(diào)查表可看出：已施工的隧道對(duì)地表的沉降控制較差，各沉降觀測(cè)點(diǎn)沉降量大多都超過(guò)了警戒值-30mm，其中最大監(jiān)測(cè)點(diǎn)總沉降量達(dá)-61mm。但由于隧道推進(jìn)上方為空置場(chǎng)地和人行道，沉降僅僅在地面形成了一些細(xì)小的裂縫，對(duì)周?chē)h(huán)境并未造成較大影響。前方推進(jìn)即將穿越松花江路和居民區(qū)，如果地面沉降問(wèn)題仍不能解決，將會(huì)嚴(yán)重影響周?chē)h(huán)境和居民的人身安全。確定目標(biāo)：

將地表沉降控制在0～-30mm以?xún)?nèi)。設(shè)計(jì)覆土淺，開(kāi)挖面的管理幅度小

通過(guò)對(duì)盾構(gòu)施工不利的②-3b土層隧道頂部有動(dòng)荷載注漿量不足注漿壓力設(shè)置不當(dāng)環(huán)境因素注漿管理沒(méi)有充分利用不同注漿管道來(lái)調(diào)節(jié)姿態(tài)注漿時(shí)間控制不好地表沉降圖表1

經(jīng)小組成員認(rèn)真開(kāi)會(huì)討論，找出影響地表沉降的原因如（圖表1、2）五、原因分析設(shè)備功能老化，數(shù)據(jù)顯示有偏差設(shè)計(jì)自動(dòng)控制能力較差出土量較大盾構(gòu)姿態(tài)控制不好機(jī)械設(shè)備機(jī)械操作管片拼裝質(zhì)量較差地表沉降圖表2推進(jìn)速度較快施工管理土艙壓力設(shè)定與實(shí)際壓力有偏差施工間歇時(shí)間較長(zhǎng)

通過(guò)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(duì)所有的因素進(jìn)行了逐一論證，見(jiàn)表3、41覆土較淺設(shè)計(jì)因受周?chē)h(huán)境限制致使隧道頂部覆土較淺，但可加強(qiáng)施工過(guò)程控制來(lái)保證。非主要因素2通過(guò)土層不利針對(duì)地質(zhì)條件問(wèn)題，可以采取一些措施對(duì)土體進(jìn)行改良。非主要因素3隧道頂部有動(dòng)荷載主要隧道上方為人行道和機(jī)動(dòng)、非機(jī)動(dòng)車(chē)道，但同類(lèi)工程經(jīng)驗(yàn)表明對(duì)沉降影響不大。非主要因素4注漿量不足對(duì)通過(guò)土層的特性不了解，沒(méi)有類(lèi)似土體的施工經(jīng)驗(yàn)，注漿量偏少。主要因素5注漿管沒(méi)有充分利用可以利用6根不同位置注漿管對(duì)管片的偏差和漏水情況進(jìn)行控制。非主要因素6注漿時(shí)間控制不準(zhǔn)確注漿與推進(jìn)同步進(jìn)行，如果推進(jìn)速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致注漿不均勻，主要要控制推進(jìn)速度。非主要因素7注漿壓力設(shè)置不當(dāng)注漿壓力過(guò)大可能會(huì)擾動(dòng)周?chē)馏w，致使土體重新固結(jié)而下沉，但因固結(jié)而造成的沉降不大。非主要因素序號(hào)論證項(xiàng)目論證內(nèi)容論證結(jié)果8設(shè)備功能老化顯示不準(zhǔn)設(shè)備功能雖老化，但在加強(qiáng)人工測(cè)量的基礎(chǔ)上也可以較好控制。非主要因素9自動(dòng)控制能力較差因購(gòu)置時(shí)間較早，PLC技術(shù)能力不足，但通過(guò)盾構(gòu)司機(jī)的增加勞動(dòng)，可以完全控制。非主要因素10土艙壓力設(shè)定偏差土壓力計(jì)算值和推進(jìn)中土艙的實(shí)際壓力存在偏差，但可以根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)值隨時(shí)進(jìn)行修正。非主要因素11施工間歇時(shí)間較長(zhǎng)可通過(guò)加強(qiáng)施工過(guò)程管理來(lái)控制施工間歇時(shí)間。非主要因素12推進(jìn)速度快速度過(guò)快會(huì)擾動(dòng)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(guò)大可通過(guò)控制螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，對(duì)地表沉降影響不大。非主要因素14盾構(gòu)姿態(tài)控制不好姿態(tài)不好會(huì)擾動(dòng)周?chē)馏w，增加管片拼裝難度會(huì)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(guò)控制盾構(gòu)姿態(tài)和加強(qiáng)作業(yè)人員素質(zhì)加以確保。非主要因素序號(hào)論證項(xiàng)目論證內(nèi)容論證結(jié)果

地表沉降注漿量不足推進(jìn)速度過(guò)快盾構(gòu)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(gè)：序號(hào)主要因素改進(jìn)對(duì)策實(shí)施方法目標(biāo)負(fù)責(zé)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(lái)的平均2.4m3/環(huán)增加到2.6m3/環(huán)。胡廣輝魏百術(shù)2001.8.82推進(jìn)速度快合理控制推進(jìn)速度要求盾構(gòu)司機(jī)降低盾構(gòu)總油壓，降低推進(jìn)速度。推進(jìn)速度控制在3cm/min.魏百術(shù)羅人賓2001.7.153盾構(gòu)姿態(tài)控制不好保證良好的盾構(gòu)姿態(tài)。加強(qiáng)盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量，推進(jìn)中要勤糾偏，一次糾偏要少量。減少土體擾動(dòng)和管片碎裂。沈?qū)幜_人賓2001.7.15六、制定對(duì)策表5對(duì)策表

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

2、推進(jìn)速度過(guò)快：推進(jìn)速度原先實(shí)際施工在4cm/min左右，因設(shè)備老化，注漿流量及壓力調(diào)整不準(zhǔn)，過(guò)快速度把每環(huán)35分鐘的注漿時(shí)間縮至25分鐘，這樣就減少了注漿量。另外，增加速度相對(duì)來(lái)說(shuō)也加大了盾構(gòu)本體對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)，而這些因素相對(duì)都增加了地表的沉降。

3、盾構(gòu)姿態(tài)控制不好：盾構(gòu)姿態(tài)控制不好，如糾偏時(shí)調(diào)整過(guò)速，會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)蛇行而增大對(duì)盾構(gòu)通過(guò)土體的劇烈擾動(dòng)，使原有的土體平衡被破壞，水土?xí)魇Ф鴮?dǎo)致地表形變。為減少擾動(dòng)土體，推進(jìn)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(duì)出現(xiàn)的環(huán)面超前等及時(shí)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(cè)點(diǎn)沉降情況對(duì)比分析，統(tǒng)計(jì)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(guò)預(yù)定目標(biāo)較多。前方推進(jìn)即將穿越松花江路和居民區(qū)，如果地面沉降問(wèn)題仍不能解決，將會(huì)嚴(yán)重影響周?chē)h(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(wèn)題地表沉降原因九、分析原因施工管理土艙壓力設(shè)定與實(shí)際壓力有偏差千斤頂油缸漏油回縮機(jī)械設(shè)備

通過(guò)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(duì)各種因素進(jìn)行了逐一論證，見(jiàn)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(kāi)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(dá)2.6m3,但施工中地表沉降仍然很?chē)?yán)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(wèn)題換細(xì)砂為中砂并增加膨潤(rùn)土用量，以降低漿液稠度。主要因素4土艙壓力設(shè)定與實(shí)際壓力有偏差可以根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)前10m的沉隆來(lái)設(shè)置土艙壓力值，實(shí)際上由于土體表面均為硬化路面，變化不明顯，對(duì)壓力設(shè)定參考價(jià)值不大。非主要因素序號(hào)論證項(xiàng)目論證內(nèi)容論證結(jié)果地表沉降注漿量仍然不足漿液的性能存在問(wèn)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(gè)：序號(hào)主要因素改進(jìn)對(duì)策實(shí)施方法目標(biāo)負(fù)責(zé)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(lái)的平均2.6m3/環(huán)增加到2.8m3/環(huán)。胡廣輝魏百術(shù)2001.8.82千斤頂油缸漏油回縮進(jìn)行閉胸推進(jìn)施工停機(jī)中根據(jù)土壓情況，進(jìn)行閉胸推進(jìn)，維持土艙內(nèi)的土壓力。維持土艙正面土壓力魏百術(shù)羅人賓2001.7.153漿液的性能存在問(wèn)題增加漿液稠度換細(xì)砂為中砂并增加膨潤(rùn)土用量，以降低漿液稠度?？刂茲{液稠度在9～10.5之間。沈?qū)幜_人賓2001.7.15十、制定對(duì)策

對(duì)策表

1、注漿量仍然不足：雖然每環(huán)注漿量已達(dá)2.6m3,但施工中地表沉降還是很?chē)?yán)重，而注漿量又是影響沉降最直接、最重要的因素，因此認(rèn)為，改進(jìn)后每環(huán)2.6m3仍然偏少，經(jīng)施工中反復(fù)實(shí)驗(yàn)分析，應(yīng)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(shè)備購(gòu)置時(shí)間較長(zhǎng)，部分構(gòu)件已老化，施工中一旦因管片供應(yīng)或設(shè)備的其他部位故障造成停機(jī)后，千斤頂油缸會(huì)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(kāi)挖面失穩(wěn)而沉降。解決這種情況方法是：施工停機(jī)后，根據(jù)土艙內(nèi)壓力情況，不定時(shí)進(jìn)行閉胸推進(jìn)（即不出土推進(jìn)），以維持土艙內(nèi)的土壓力，保持開(kāi)挖面平衡。

3、漿液性能不好：漿液性質(zhì)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：1、不發(fā)生材料離析；2、不喪失流動(dòng)性；3、注漿后體積減少；4、強(qiáng)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(duì)漿液的要求往往都有細(xì)微的差別，并且，這個(gè)差別對(duì)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(duì)粉質(zhì)砂土并不完全適用，必須進(jìn)行改良。換細(xì)砂為中砂并增加膨潤(rùn)土用量，以降低漿液稠度，減少注漿后的體積收縮和增加強(qiáng)度，保證建筑空隙充填的穩(wěn)定性和飽和性。

1、小組目標(biāo)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(duì)策的實(shí)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(shí)現(xiàn)了確定的目標(biāo)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降如下圖所示：順利通過(guò)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(wèn)題和居民投訴現(xiàn)象。十一、效果檢查小組目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了小組目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了

2、社會(huì)效果：黃興綠地站～延吉中路站區(qū)間下行線隧道，是我集團(tuán)公司采用盾構(gòu)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(mǎn)足《驗(yàn)收規(guī)范》的要求，工程質(zhì)量?jī)?yōu)良。得到了監(jiān)理、業(yè)主、上海市質(zhì)檢站的一致好評(píng)，均表示中鐵四局是一個(gè)能打硬仗的隊(duì)伍。在2003年11月6日，該工程通過(guò)了上海市文明工地的初驗(yàn)。為我局開(kāi)拓城市軌道交通市場(chǎng)，創(chuàng)造了良好的條件，同時(shí)也為下一步上海地鐵M8線未完工程及軌道交通九號(hào)線盾構(gòu)隧道施工取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。⑴根據(jù)QC小組活動(dòng)所得的結(jié)果，把各工序中易引起地表沉降的的原因分別加入了《推進(jìn)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》、《注漿作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》、《拌漿作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》及《管片拼裝作業(yè)指導(dǎo)書(shū)內(nèi)》內(nèi)并應(yīng)用的施工中去。⑵加強(qiáng)隧道施工的技術(shù)管理工作，聘請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的盾構(gòu)司機(jī)和常年從事隧道施工的作業(yè)隊(duì)直接加入工班，增加技術(shù)工人的數(shù)量。⑶派盾構(gòu)司機(jī)、起重工和機(jī)械人員參加有關(guān)盾構(gòu)施工的技術(shù)培訓(xùn)，強(qiáng)化其