2021年一級建造師考試市政工程考點(diǎn)7：盾構(gòu)法施工地層變形控制措施

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2021年一級建造師考試市政工程考點(diǎn)7：盾構(gòu)法施工地層變形控制措施

一、近接施工與近接施工管理

(1)新建盾構(gòu)隧道穿越或鄰近既有地下管線、交通設(shè)施、建(構(gòu))筑物(以下簡稱既有結(jié)構(gòu)物)的施工被稱為近接施工。

在城市中近接施工不可避免，且隨著地下空間的開發(fā)利用會(huì)日益增多。因此，盾構(gòu)施工必須考慮控制影響區(qū)域的地層變形，采取有效的既有結(jié)構(gòu)物保護(hù)措施。

(2)近接施工管理：

1)盾構(gòu)近接施工會(huì)引發(fā)地層變形，對既有結(jié)構(gòu)物會(huì)造成不同程度的有害影響;因此有必要采取系統(tǒng)性措施控制地層變形以保護(hù)既有結(jié)構(gòu)物。首先，應(yīng)詳細(xì)調(diào)查工程條件、地質(zhì)條件、環(huán)境條件(即既有結(jié)構(gòu)物現(xiàn)況與安全要求)，在調(diào)查的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析與預(yù)測、制定防護(hù)措施;其次，制定專項(xiàng)施工方案;最后，施工過程中通過監(jiān)控量測反饋指導(dǎo)施工而確保既有結(jié)構(gòu)物安全。

二、地層變形與既有結(jié)構(gòu)物變位與變形

(一)地層變形原因和階段

(1)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，引起地層變形的主要原因大致有以下幾個(gè)：

1)開挖面的土、水壓力與盾構(gòu)壓力倉壓力不均衡，引起前方地表沉降或隆起。

2)由于盾殼摩擦和曲線推進(jìn)及糾偏對圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)，引起地層沉降或隆起。

3)壁后同步注漿不及時(shí)或不充分，導(dǎo)致盾尾空隙的發(fā)生，引起地層沉降。

4)由于接頭螺栓緊固不足等原因引起一次襯砌的變形及變位，從而增大地層下沉。

5)開挖或襯砌滲漏導(dǎo)致地下水位下降，引起地層固結(jié)沉降。

三、盾構(gòu)掘進(jìn)地層變形控制措施

由于盾構(gòu)掘進(jìn)引起地層變形的原因不同，各階段的機(jī)理也不相同，因此必須有針對性地采取控制措施。

(1)防止開挖面的土水壓力不均衡引起變形的措施：

土壓平衡盾構(gòu)可通過調(diào)整推進(jìn)速度與螺旋出土器的轉(zhuǎn)速，使壓力艙壓力與開挖面土水壓力相對應(yīng)。另外，根據(jù)需要注入適當(dāng)?shù)奶砑觿┰黾娱_挖土體的塑流性。

泥水加壓盾構(gòu)可根據(jù)開挖面土層的透水性來調(diào)整泥漿特性，并仔細(xì)進(jìn)行泥漿管理，使壓力艙壓力始終對應(yīng)于開挖面的土水壓力。實(shí)施這些開挖面穩(wěn)定管理的同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)需要研究相應(yīng)的輔助施工方法以保證圍巖的穩(wěn)定。

(2)減小盾構(gòu)穿越過程中圍巖變形的措施：控制好盾構(gòu)姿態(tài)，避免不必要的糾偏作業(yè)。出現(xiàn)偏差時(shí)，應(yīng)本著“勤糾、少糾、適度”的原則操作。糾偏時(shí)或曲線掘進(jìn)時(shí)需要超挖，應(yīng)合理確定超挖半徑與超挖范圍，盡可能減少超挖。土壓平衡盾構(gòu)在軟弱或松散地層掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)外周與周圍土體的黏滯阻力或摩擦力較大時(shí)，應(yīng)采取減阻措施。

(3)減小盾尾脫出導(dǎo)致地層變形的措施：用同步注漿方式，及時(shí)填充尾部空隙;根據(jù)地質(zhì)條件、工程條件等因素，合理選擇單液注漿或雙液注漿，正確選用注漿材料與配合比，以便及時(shí)穩(wěn)定住拼裝好的襯砌結(jié)構(gòu);加強(qiáng)注漿量與注漿壓力控制;及時(shí)進(jìn)行二次注漿。

(4)防止襯砌引起變形的措施：為了防止管片環(huán)變形，必須使用形狀保持裝置等來確保管片組裝精度，同時(shí)充分緊固接頭螺栓。

(5)防止開挖或襯砌滲漏導(dǎo)致地下水位下降的措施：為了防止從管片接頭、壁后注漿孔等部位漏水，必須精細(xì)地進(jìn)行管片組裝及防水作業(yè)。

四、地層變形的預(yù)測和施工監(jiān)測

(1)為了減少地層變形，推進(jìn)前應(yīng)根據(jù)過去的施工經(jīng)驗(yàn)和有限單元法等進(jìn)行預(yù)測，以預(yù)測結(jié)果為依據(jù)設(shè)定土倉壓力或泥水倉壓力管理基準(zhǔn)值。同時(shí)，在推進(jìn)時(shí)，要在隧道中心線上及其兩側(cè)范圍內(nèi)設(shè)定變形監(jiān)測點(diǎn)，根據(jù)變形監(jiān)測結(jié)果適時(shí)地調(diào)整管理基準(zhǔn)值。這一過程在盾構(gòu)掘進(jìn)施工管理中是很重要的。

(2)地面和隧道內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)宜在同一斷面布設(shè);盾構(gòu)通過后，處于同一斷面內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)同步采集，并應(yīng)收集同期盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。

(3)施工監(jiān)測項(xiàng)目應(yīng)符合表1K413035的規(guī)定。當(dāng)穿越水域、建(構(gòu))筑物及其他有特殊要求地段時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。

(4)豎向位移監(jiān)測可采用水準(zhǔn)測量方法，水準(zhǔn)基點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在變形影響范圍外，且不得少于3 個(gè);水平位移監(jiān)測可采用邊角測量或衛(wèi)星定位等方法，并應(yīng)建立水平位移監(jiān)測控制網(wǎng)，水平位移監(jiān)測控制點(diǎn)宜采用具有強(qiáng)制對中裝置的觀測墩和照準(zhǔn)裝置;當(dāng)采用物理傳感器監(jiān)測時(shí)，傳感器埋設(shè)應(yīng)符合儀器埋設(shè)規(guī)定和監(jiān)測方案的規(guī)定;當(dāng)豎向位移監(jiān)測采用靜力水準(zhǔn)測量方法時(shí)，靜力水準(zhǔn)的埋設(shè)、連接、觀測、數(shù)據(jù)處理等應(yīng)符合國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，測量精度應(yīng)與水準(zhǔn)測量要求相同。

【案例1K413035】

1.背景

某地鐵隧道盾構(gòu)法施工，隧道穿越土層有黏土、粉土、細(xì)砂、小粒徑砂卵石、含有上層滯水，覆土厚度8~14m，采用土壓平衡盾構(gòu)施工。施工項(xiàng)目部依據(jù)施工組織設(shè)計(jì)在具備始發(fā)條件后開始隧道施工，掘進(jìn)過程中始終按施工組織設(shè)計(jì)規(guī)定的各項(xiàng)施工參數(shù)執(zhí)行。

施工過程中發(fā)生以下事件：

事件一：拆除始發(fā)工作井洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)洞口土體滲水，洞口土體加固段掘進(jìn)時(shí)地表沉降超過允許值。

事件二：在細(xì)砂、砂卵石地層中掘進(jìn)時(shí)，土壓計(jì)顯示開挖面土壓波動(dòng)較大;從螺旋輸送機(jī)排出的土砂坍落度較低。

【問題】

(1)施工項(xiàng)目部依據(jù)施工組織設(shè)計(jì)開始隧道施工是否正確?如不正確，寫出正確做法。

(2)掘進(jìn)過程中始終按施工組織設(shè)計(jì)規(guī)定的各項(xiàng)施工參數(shù)執(zhí)行是否正確?如不正確，寫出正確做法。

(3)分析事件一發(fā)生的主要原因以及正確的做法。

(4)分析事件二發(fā)生的主要原因以及應(yīng)采取的對策。

【參考答案】

(1)不正確。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》(建質(zhì)[2009]87號(hào))的規(guī)定，盾構(gòu)工程屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，開工前施工單位必須編制專項(xiàng)施工方案，并應(yīng)組織老師對專項(xiàng)方案進(jìn)行論證。

(2)不正確。首先，在初始掘進(jìn)過程中應(yīng)根據(jù)收集的盾構(gòu)掘進(jìn)數(shù)據(jù)(推力、刀盤扭矩等)及地層變形量測量數(shù)據(jù)，判斷土壓(泥水壓)、注漿量、注漿壓力等設(shè)定值是否適當(dāng)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，并通過測量盾構(gòu)與襯砌的位置，及早把握盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制特性，為正常掘進(jìn)控制提供依據(jù)。其次，由于掘進(jìn)過程中地層條件、覆土厚度等差異很大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。最后，根據(jù)反饋的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整相關(guān)的施工參數(shù)。

(3)事件一發(fā)生的主要原因是洞口土體加固效果不滿足要求。正確做法是：

1)根據(jù)地質(zhì)條件、地下水位、盾構(gòu)種類與外形尺寸、覆土深度及施工環(huán)境條件等，明確加固目的后，合理確定加固方法與加固范圍;本案例的加固目的，既要加固又應(yīng)止水。

2)拆除洞口圍護(hù)結(jié)構(gòu)前要確認(rèn)洞口土體加固效果，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)注漿加固。

(4)事件二發(fā)生的主要原因是塑流化改良效果欠佳。應(yīng)采取的對策主要有：

1)選擇適宜的改良材料，并適當(dāng)提高添加比例。

2)開挖面土壓波動(dòng)大的情況下，開挖面一般不穩(wěn)定，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)出土量管理。

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