盾构掘进过程中,地质条件对地表及周边环境的影响

盾构掘进过程中，地质条件对地表及周边环境的影响

作者：王立同 高粉霞

来源：《理论与创新》2020年第13期

【摘 ;要】随着我国地铁建设事业的发展，盾构掘进技术的应用范围越来越广泛，合理应用盾构施工技术，可以保证工程质量与效率。但是，在盾构掘进过程中，穿越不同地质时对周边环境产生的影响也存在差异，这便体现出工程测绘的重要性。基于此，文章对此问题展开研究，并且根据不同的工程地质条件提出应对措施，希望对相关从业人员提供参考与借鉴。 【关键词】盾构;地质;环境影响;应对措施

盾构掘进技术的应用优势为劳动强度低、掘进速度快、自动化程度高等，同时不会妨碍到地面交通与设施，近些年被广泛应用到实际工程中。然而，盾构隧道施工会直接与地下土壤接触，导致地层变形与地面沉降等问题的产生，尤其是通过复杂地质区域时，地层沉降与土体扰动还会引发连锁的环境病害问题。因此，在开展盾构掘进施工时，一定要对不同种类的地质条件进行研究，着重分析施工过程中对地下与地面造成的环境影响，这样才能明确不同地质条件在盾构施工中的变化效果。此外还要制定针对性的应对措施，这样才能保证盾构施工的综合质量，将工程项目对周围环境形成的影响降至最低。 1.盾构掘进造成的影响分析

在采用盾构掘进技术前，要对工程项目施工线路的水文环境开展全面勘察与测绘，结合环境情况制定科学合理的执行方案。由于盾构施工会对原土层结构形成破坏，因此会在地下与地表产生各类连锁反应，例如地层损失、建筑物沉降、管线沉降以及地下水位变化等，具体如下：（1）盾构推进引起的土体位移一般由多阶段组成，当盾构机通过后，盾构孔隙的闭合情况会引起一定程度的地表位移，盾尾孔隙会随着土体扰动效果逐渐变化，通常情况下要很久才能得到回复;（2）建筑物沉降指的是在盾构正常掘进过程中，建筑物的沉降与地表沉降相同，这也是由于地表与地下情况变化所导致的;（3）地下管线沉降，隧道周围地下管线主要有煤气管、给水管、排污管，与隧道正交的横断面沉降基本呈正态曲线分布，管线在盾构掘进主要影响区内的管线沉降大，主影响区外沉降小。 2. 不同的地质条件对周边环境的影响 2.1 软土地基对周边环境的影响

盾构掘进穿越软土地基时，例如淤泥质土层，由于该类土质承载能力较低、整体结构松软、含水量高，因此容易产生流变与触变等现象。盾构机掘进时会对地层产生较大的扰动，导致地基失稳与变形，同时刀盘中心区域容易形成泥饼，对掘进施工效率造成影响，在此过程中不仅掘进速度降低，而且土仓内温度升高，影响主轴运行寿命，严重时会造成主轴老化。此外，由于上层淤泥土流变性强，容易产生下陷情况，这样还会导致开挖面失稳，使工程项目埋下安全质量隐患。

盾构隧道的施工过程中，对周围地层的扰动主要表现为侧向变形，在盾构推进过程中可将地表变形分为盾构到达前的变形、盾构达到后的变形以及盾构掘进完毕后的变形。此外，盾构隧道的施工引起地面变形的因素主要有盾构挤土、周围土体之间摩擦产生变化所形成的土体损失。因此，在深埋程度的增加过程中，土体损失情况也会随着地面沉降系数而产生变化，例如产生地面隆起现象时，土体变化范围也会形成连锁反应。

在针对软土地层开展盾构掘进时，可以加大底部千斤顶推进油缸的推力组合，并且对盾构设备的姿态进行调整，保证土渣的排出效率。当地层沉降情况比较明显时，还要立即进行二次注浆，对地表进行注浆加固。 2.2 湿陷性黄土对周边环境的影响

湿陷性黄土层与黏性土层不同，该地层结构具有大孔隙、均匀无层理、疏松等特点，盾构施工中如果没有准确控制参数，将会引起较大的地层损失。该类型的地质条件在盾构开挖前的水平应力分布较为平均，在隧道开挖后由于建筑空隙的形成，导致原有的稳定结构与水平应力都会产生改变。例如在黄土地层中开展盾构施工时，当盾构临时停机、千斤顶回缩以及盾构超挖等因素的影响，都会导致土体向开挖面移动，如果没有及时控制，将会发生严重破坏。此外，根据开挖面土颗粒移动情况能够分析出，黄土地层中的土体移动会从地下至地表不斷发展，最终在开挖面前方形成类似抛物线的滑动面。

因此，在湿陷性黄土地层进行盾构掘进时，要对断面与地层损失情况进行实时监测，必要时要采用同步灌浆的施工方案，并且对注浆率进行精确控制，以此来保证工程项目整体质量。 2.3 砂卵石地层对周边环境的影响

砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层，其特点为无胶结、整体结构松散以及卵石粒径不一等，当盾构掘进穿越砂卵石地层时，机械刀盘的接触面地质存在差异化，从而导致刀头在前进中产生强烈振动，这时当顶进力受到影响时，会使原本的结构平衡性产生变化，引发明显的地形变化，使开挖面与洞壁失去约束，当扰动程度无法控制时，便会引发隧道顶部的大块卵石脱落，最终引起地层沉陷。

由于卵石土体具有离散特点，开挖过程中无法保证开挖面上部区域的结构稳定性，当开挖面处于失稳状态时，开挖面周围的土体会产生大量沉降现象，并且结构破裂逐渐由土体发展至地表。因此在进行盾构掘进施工时，应该根据情况对开挖面与土仓内注入添加剂，例如高效发泡剂与膨润土等，以此来保证刀具通过后土体结构不会产生大程度的变化。此外，还要及时充满土仓与螺旋输送机的作业空间，保证开挖面的水压与土压平衡。 2.4 上软下硬地层对周边环境的影响

盾构掘进施工有时候还会穿越上软下硬地层，也就是以残积土为主的复合型土层，多数上软下硬地层的主要岩石组成为花岗岩残积土。盾构隧道在此类地层施工始终是盾构施工难点工作，该类型土层中的盾构掘进作业不仅进程缓慢，而且掘进方向容易产生变化，刀具磨损比较严重，如果未能及时更换刀头，还会导致盾构设备损坏。此外，盾构在上软下硬地层中穿越时，可能遇到从硬岩进入软岩或者从软岩进入硬岩的情况，有时软岩土层既有自身的不稳定性，同时还具备硬岩的强度。因此，为保证掘进工程效率，在对盾构刀头与刀具进行优化调整后，势必会对周围情况造成严重影响，并且产生不同程度的沉降现象，严重时还会导致地层结构破坏，无法控制盾构机械的姿态。

因此，在施工中要根据土压平衡原理设定土压力值，以此来保证开挖面的稳定程度，同时还要明确盾构设备的换刀时间与频率，随时监测土体位移情况，根据监测结果对施工参数作出调整。 3. 结语

综上所述，盾构施工技术的广泛应用，使隧道建设工程的质量与效率得到有效保证，这也是现代化技术与传统工程领域的完美结合。然而，由于隧道工程规模普遍较大，在盾构掘进中会穿越不同地质，对周围环境造成的影响也存在不同。因此，为保证盾构隧道施工中的安全质量，需要在开挖前做好工程的可行性研究调查，这样才能促进工程项目的经济可靠程度。本文首先对盾构掘进引起的沉降问题作出阐述，其次分别对盾构施工中软土地基、湿陷性黄土、砂卵石地层、上软下硬地层中形成的环境影响进行介绍，并且制定相应的施工措施，对盾构掘进施工的顺利开展提供保障。 参考文献

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