北京住总第一开发建设有限公司北京市100029
摘要：本文通过对大兴线黄～义区间500米盾构区间实验段不同断面的沉降数据进行分析，为下穿京沪、京九铁路提供有效的数据支撑与研究结论，并且依据每个实验段采用的不同控制措施，为北京地区控制盾构施工沉降提供部分研究依据。
关键词：盾构；试验段；京沪；京九；地表沉降
引言
北京地铁大兴线为北京市城市轨道交通线网规划中南北走向的一条线路。其中，地铁黄村火车站站～义和庄站区间为盾构区间，区间全长1843米，分别在右线DK15+083～DK15+150，左线DK15+099～DK15+165范围下穿火车站京沪、京九高速铁路12股轨行区。
为保障京沪（京九）铁路的安全及疏通流畅，将地下施工对其影响降低到最小。确保盾构施工铁路轨道沉降、地面沉降、两轨差异沉降在控制值范围内，特设500米试验段总结分析盾构推进过程地面沉降规律，同时，为北京地区控制盾构施工沉降提供部分研究依据。
一、试验段背景
1.1风险源概况
盾构下穿京沪（京九）铁路，此段铁路为全国客货运量最繁忙的线路之一。其中包括西侧5股轨道、东侧7轨轨道。风险源等级为特级。平面图、剖面详见下图：
1.2试验段选取
试验段选择在地质、水文情况与京沪铁路段基本一致，且适合监测布点，能为施工提供准确的地表沉降数据的位置。
试验段共分5段，每段100米，具体如下：
第一个100米试验段为：DK15+850-DK15+750，盾构环数约为747-830环。期间，经过一个废品收购站民房；
第二个100米试验段为：DK15+750-DK15+650，盾构环数约为831-913环；
第三个100米试验段为：DK15+650-DK15+550，盾构环数约为914-996环；
第四个100米试验段为：DK15+550-DK15+450，盾构环数约为997-1080环；
第五个100米试验段为：DK15+450-DK15+350，盾构环数约为1080-1164环。该试验段旁穿机井，位于左右线之间，同时旁穿义和庄北里小区1号楼，最小净距4.7m。
每一段实验段完成后，对盾构推进参数进行整理分析。
1.3水文地质情况
地层主要为人工填土、第四纪新近沉积层和一般第四系沉积层。地层自上而下依次为：
（1）素填土①1层、杂填土①2层；
（2）粉土②层、粉质粘土②1层、粉细砂②2层，土层厚度0.8～6.7m；
（3）粉质粘土③层、粉土③1层、粉细砂③2层、粘土③3层，土层厚度12.9～19.3m；
（4）粉细砂④1层、粉土④2层，土层厚度1.2～9.3m；
（5）粉土⑤1层，土层厚度1.5m；
（6）圆砾⑥层、粉细砂⑥1层，粉质粘土⑥3层，土层厚度2.0～14.5m；
（7）粉质粘土⑦层、细沙⑦1层、圆砾⑦2层，土层厚度2.1～7.8m。
隧道结构主体地基持力层主要为③层粉质粘土和③1层粉土及③2层粉细砂。地质勘察揭露的深度范围内的地下水主要为上层滞水、潜水和层间潜水；
二、试验段采取主要措施
(1)不同的试验段设置不同的土压力、盾构推力、推进速度，控制出土量；
(2)按照不同的试验段根据试验段要求做好浆液配比及二次补浆、超前注浆、后期补浆；
(3)试验段期间严格按照设定推进速度推进，控制盾构推进方向，减少纠偏；
(4)二次注浆采用“超细水泥＋水玻璃”双液浆，保证注浆量及时跟进。
(5)控制好盾构姿态，确保盾尾间隙均匀。
(6)在盾构机试验段阶段，对盾构的各个工艺流程尤其是注浆工艺进行24小时监控，及时记录各项数据，总结推进参数，及时分析总结。
三、试验段监测点布置
根据实际情况及试验段特点，共分5个试验段，每个100米。试验段共布设了15个断面，每个试验段3个断面，每个断面布置11个监测点，每个横断面监测点间距为：中心线0米、3米、6米、11米、16米、26米、-3米、-6米、-11米、-16米、-26米。隧道中心线每隔5米布设一个点，具体如下图：
该试验段为正常压推进，期间穿过一个废品收购站，推进速度较慢，目前3个断面累计最大沉降分别为-10.19mm、-11.44mm、-9.96mm，反弯点出现距离右线中心线5~11m范围内。
4.1.2第二个试验段分析
该试验段土压控制在0.07～0.09Mpa之间。刀盘转速控制范围为1.0～1.2rpm/Min，推力控制范围为18000～20000KN，速度控制在30-40mm/min，日掘进量为15环。该试验段为欠压推进。注浆量5.0m3～6.0m3和二次补浆量0.6m3。本段段选取盾构推进850环、880环、910环作横断面沉降分析图。
该试验段为欠压推进，目前最大累计沉降分别为-15.97mm、-13.88mm、-15.56mm。反弯点基本集中在距离右线中心线11m左右。
4.1.3第三个试验段分析
土压力控制在0.15～0.16Mpa之间，刀盘转速控制范围为：1.0～1.2rpm/Min，推力控制范围为：18000～20000KN，盾构推进速度控制在10mm/min，日掘进量为8环，注浆量6.0m3～6.5m3和二次补浆量1.0m3。该试验段选取盾构推进940环、960环、990环作横断面沉降分析图。
本试验段推进未超前注浆，目前最大累计沉降分别为-10.34mm、-10.46mm、-10.53mm，反弯点基本出现在距离右线中心线6~11m处。
4.1.5第五个试验段分析
土压力控制在0.12～0.15Mpa之间，刀盘转速控制范围为：1.0～1.2rpm/Min，推力控制范围为：14000～16000KN，盾构推进速度控制在10mm/min，日掘进量为8环。该试验段盾构环数约为1080-1164环。注浆量6.5m3～7.0m3和二次补浆量1.2m3。
试验段在里程DK15+390～DK15+450，旁穿义和庄北里小区3号楼，该楼与左线结构净距4.7m，跟右线结构净距16.6m。
该试验段选取盾构推进1090环、1120环、1150环作横断面沉降分析图。
该试验段距离义和庄北里16层楼约24米且接近机井平房，推进速度较慢，注浆增加,目前最大累计沉降分别为-10.64mm、-9.26mm、-7.17mm。反弯点较多。
4.2右线纵向中心点沉降曲线分析
上图为右线纵向中心点沉降曲线图形，本图形数据为右线747-800环沉降稳定后实测数值，从图形可以看出，在盾构脱出盾尾30米后沉降数据基本达到稳定，该段沉降值控制在13mm左右，最大达到15mm。
4.3右线试验段纵向地表累计沉降分析
地表纵向沉降槽是反映盾构推进时沿推进轴线方向对地层的扰动影响情况，同时它也能反映盾构推进时不同因素、盾构机不同部位对地层的作用，包括正面支护力、摩擦力及盾尾空隙等。传统研究认为盾构推进方向切口以前的部位，由于盾构推进正面压力的影响而隆起；盾构切口以后的部位，由于盾构姿态的变化、盾尾空隙引起的地层损失以及盾构推进时对土体的剪切而导致地面发生沉降。
从上图可以很清晰的看出，在盾构推进过程中，距离刀盘前方表现为隆起，部分由微小沉降，占总沉降的8-10%左右；盾构通过时，特别是管片环出盾尾时，地表沉降很大，呈直线式沉降，占总沉降的50-60%左右；在同步注浆浆液硬化及二次补浆等作用下，地表在盾构推过后沉降较小，占总沉降的20-30%左右，部分隆起是由于注浆量稍大造成的。
通过以上监测数据可以发现，地表沉降主要发生在盾构通过后管片脱出盾尾这段时间。所以，在这段时间内，对浆液的要求很高，不仅要保证注浆量充足，同时也要使用初凝时间短的浆液，并且及时进行二次注浆及后期补浆，进一步控制沉降量。
结束语
通过对500米试验段沉降数据总结分析，总结以下规律：
1、从地面累计沉降最大值来看，相对与盾构原来地面累计沉降-20mm左右，采取的相应措施，现在可使累计沉降最大在-15mm左右，最小在-7mm左右。累计沉降量降低了5-13mm，降低幅度达到了40％的好效果。
2、从沉降规律来看，管片脱出盾尾时产生的约-4—-5mm左右的沉降是不可避免的，无论采用惰性浆液还是采用可硬性浆液。但是在当前的水文地质条件下，相同的盾构机采用可硬性浆液比采用惰性浆液的最终累计沉降量要小。
3、从试验段盾构的推进参数与沉降数据比较知，推进速度慢、土压大、注浆量满足及补浆及时对地面沉降有很大作用。
4、从试验段3与实验段1、2、4、5比较可以发现，盾构推进过程在欠压及无超前注浆时沉降较大。
5、从5个试验段15个横断面沉降曲线、一个纵向沉降曲线、三个地表累计沉降曲线图可以看出，沉降数据数据控制在15mm左右，在部分试验段达到7mm内，沉降最大数据基本在隧道中心线及中心线3米范围内。
参考文献
[1]《城市测量规范》编号为CJJ/T8-2011.
[2]《工程测量规范》为国家标准，编号为GB50026-2007.
[3]《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》GB50308.
[4]《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97）.
[5]《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-2003）.
[6]《盾构施工技术》人民交通出版社吴雪松著.
[7]《地下工程监控量测》人民交通出版社毛红梅/贾良著.
作者简介
曹泱（1985-05），男，汉族，籍贯：山西省太原市，当前职务：项目经理，当前职称：工程师，学历：本科，研究方向：测绘工程、轨道交通。