2021年一級建造師考試市政工程考點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)物保護措施。
(2)近接施工管理：
1)盾構(gòu)近接施工會引發(fā)地層變形，對既有結(jié)構(gòu)物會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既有結(jié)構(gòu)物。首先，應詳細調(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)查的基礎上進行分析與預測、制定防護措施;其次，制定專項施工方案;最后，施工過程中通過監(jiān)控量測反饋指導施工而確保既有結(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)掘進時，引起地層變形的主要原因大致有以下幾個：
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及糾偏對圍巖產(chǎn)生擾動，引起地層沉降或隆起。
3)壁后同步注漿不及時或不充分，導致盾尾空隙的發(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)開挖或襯砌滲漏導致地下水位下降，引起地層固結(jié)沉降。
三、盾構(gòu)掘進地層變形控制措施
由于盾構(gòu)掘進引起地層變形的原因不同，各階段的機理也不相同，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。另外，根據(jù)需要注入適當?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，并仔細進行泥漿管理，使壓力艙壓力始終對應于開挖面的土水壓力。實施這些開挖面穩(wěn)定管理的同時，還應根據(jù)需要研究相應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，應本著“勤糾、少糾、適度”的原則操作。糾偏時或曲線掘進時需要超挖，應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時，盾構(gòu)外周與周圍土體的黏滯阻力或摩擦力較大時，應采取減阻措施。
(3)減小盾尾脫出導致地層變形的措施：用同步注漿方式，及時填充尾部空隙;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，以便及時穩(wěn)定住拼裝好的襯砌結(jié)構(gòu);加強注漿量與注漿壓力控制;及時進行二次注漿。
(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，同時充分緊固接頭螺栓。
(5)防止開挖或襯砌滲漏導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，必須精細地進行管片組裝及防水作業(yè)。
四、地層變形的預測和施工監(jiān)測
(1)為了減少地層變形，推進前應根據(jù)過去的施工經(jīng)驗和有限單元法等進行預測，以預測結(jié)果為依據(jù)設定土倉壓力或泥水倉壓力管理基準值。同時，在推進時，要在隧道中心線上及其兩側(cè)范圍內(nèi)設定變形監(jiān)測點，根據(jù)變形監(jiān)測結(jié)果適時地調(diào)整管理基準值。這 一過程在盾構(gòu)掘進施工管理中是很重要的。
(2)地面和隧道內(nèi)監(jiān)測點宜在同一斷面布設;盾構(gòu)通過后，處于同一斷面內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)應同步采集，并應收集同期盾構(gòu)掘進參數(shù)。
(3)施工監(jiān)測項目應符合表1K413035的規(guī)定。當穿越水域、建(構(gòu))筑物及其他有特殊要求地段時，應根據(jù)設計要求確定。
(4)豎向位移監(jiān)測可采用水準測量方法，水準基點應埋設在變形影響范圍外，且不得少于3 個;水平位移監(jiān)測可采用邊角測量或衛(wèi)星定位等方法，并應建立水平位移監(jiān)測控制網(wǎng)，水平位移監(jiān)測控制點宜采用具有強制對中裝置的觀測墩和照準裝置;當采用物理傳感器監(jiān)測時，傳感器埋設應符合儀器埋設規(guī)定和監(jiān)測方案的規(guī)定;當豎向位移監(jiān)測采用靜力水準測量方法時，靜力水準的埋設、連接、觀測、數(shù)據(jù)處理等應符合國家現(xiàn)行相關(guān)標準要求，測量精度應與水準測量要求相同。
【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。施工項目部依據(jù)施工組織設計在具備始發(fā)條件后開始隧道施工，掘進過程中始終按施工組織設計規(guī)定的各項施工參數(shù)執(zhí)行。
施工過程中發(fā)生以下事件：
事件一：拆除始發(fā)工作井洞口圍護結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)洞口土體滲水，洞口土體加固段掘進時地表沉降超過允許值。
事件二：在細砂、砂卵石地層中掘進時，土壓計顯示開挖面土壓波動較大;從螺旋輸送機排出的土砂坍落度較低。
【問題】
(1)施工項目部依據(jù)施工組織設計開始隧道施工是否正確?如不正確，寫出正確做法。
(2)掘進過程中始終按施工組織設計規(guī)定的各項施工參數(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采取的對策。
【參考答案】
(1)不正確。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》(建質(zhì)[2009]87號)的規(guī)定，盾構(gòu)工程屬于危險性較大的分部分項工程，開工前施工單位必須編制專項施工方案，并應組織老師對專項方案進行論證。
(2)不正確。首先，在初始掘進過程中應根據(jù)收集的盾構(gòu)掘進數(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、注漿壓力等設定值是否適當，及時進行調(diào)整，并通過測量盾構(gòu)與襯砌的位置，及早把握盾構(gòu)掘進方向控制特性，為正常掘進控制提供依據(jù)。其次，由于掘進過程中地層條件、覆土厚度等差異很大，應根據(jù)實際情況適時調(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，既要加固又應止水。
2)拆除洞口圍護結(jié)構(gòu)前要確認洞口土體加固效果，必要時進行補注漿加固。
(4)事件二發(fā)生的主要原因是塑流化改良效果欠佳。應采取的對策主要有：
1)選擇適宜的改良材料，并適當提高添加比例。
2)開挖面土壓波動大的情況下，開挖面一般不穩(wěn)定，此時應加強出土量管理。
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