盾构施工扰动地层，进而引起地面沉降或隆起，对地面建筑或地下建构筑物造成风险甚至破坏，尤其在浅覆土段进行盾构施工，由于土层较薄，土体无法有效形成拱效应，盾构在掘进过程中若出现土仓压力控制不当，极易引起地面隆沉，从而导致地面及周边建筑物沉降、倾斜或开裂。以三号线工程荔村站—伦教站区间盾构浅覆土掘进施工为例，对浅覆土盾构施工前风险源识别及施工过程地表、建筑物监测数据进行分析，重点分析了地表及建筑物沉降变形规律，并针对变形规律提出了过程控制的施工参数。

一、工程概况

佛山市城市轨道交通三号线荔村站—伦教站区间起止里程为DK24+011.850～DK25+ 368.730，长1 370 m，共914环，采用土压平衡盾构机掘进，线路纵断面呈V字形节能坡形式。线路出荔村站后，以-2‰、-25‰、-5‰、17‰、20‰、15‰的坡度到达荔—伦区间明挖段，区间隧道覆土4.6～17.3 m，线间距14 m左右。区间下穿羊大河及南侧一片多层村民房屋，侧穿爱莲桥、新爱玲幼儿园以及伦荔桥，在接近荔—伦区间明挖段时区间覆土仅为5～8 m，属浅覆土施工地段，该浅覆土段上部地表为顺德大道，地面交通繁忙。图8.29为区间线路平面图。

图8.29　区间线路平面图

荔—伦区间主要为软土地层，区间地层由上往下依次为＜1＞人工填土层、＜2-1A＞淤泥层、＜2-2＞淤泥质粉细砂层、＜2-3＞淤泥质中粗砂层、＜2-4＞粉质黏土层、＜4N-2＞可塑状粉质黏土。隧道穿越土层主要为＜2-1B＞淤泥质土、＜2-2＞淤泥质粉细砂层、＜2-3＞淤泥质中粗砂、＜2-4＞粉质黏土、＜3-1＞粉细砂、＜3-2＞中粗砂、＜4-2B＞淤泥质土，该地层具有高含水量，孔隙比大，压缩性高，灵敏度高，地层自稳性较差。浅覆土段穿越土层主要为＜2-2＞淤泥质粉细砂层及＜3-2＞中粗砂，该地层较松散，无黏聚力，自稳能力较差。图8.30为荔村站—伦教站区间地质纵断面图，表8.8为荔村站—伦教站区间浅覆土掘进段地层信息统计表。

图8.30　荔村站—伦教站区间地质纵断面图

表8.8　荔村站—伦教站区间浅覆土掘进段地层信息统计表

区间沿线主要途经地表水系有羊大河，地下水主要赋存在第四系砂层，该层部分为潜水，根据勘察文件，潜水层与地表水系（羊大河）有直接的水力联系，河涌水位跟两岸地下水稳定水位相当，说明河涌与两岸地下水存在相互补给和排泄关系。涨潮时，河涌水对地下水进行补给；退潮时，河涌成为地下水排泄通道。

二、监测点布设及监测频率

每10～15 m间距布点设一横断面，沿纵向每10 m埋设一个中线测点，临近重要建（构）物结合其测点布置适当加密监测断面或测点。图8.31为盾构区间地表沉降点布设示意图。

针对浅覆土软土地质，对地表沉降应适当加密布点间距，此处按10～15 m间距布点，建筑物按每栋建筑转角位置布设监测点，在掘进过程中加密监测频率，按2次/d～3次/d进行加密监测，及时反馈现场地表及周边建筑物的变形监测数据。图8.32荔村站—伦教站区间浅覆土掘进段地表及建筑物监测布点图。

图8.31　盾构区间地表沉降点布置示意图

图8.32　荔村站—伦教站区间浅覆土掘进段地表及建筑物监测布点图

三、浅覆土盾构掘进风险识别及应对措施

（一）工程自身风险

荔—伦区间该浅覆土段埋深仅为5～8 m，且上部均为自稳性较差的淤泥质粉细砂层及填土层，由于盾构机上覆土层较薄，在盾构掘进过程中，造成作用在开挖面上的最小与最大极限土压力之间的变化范围减小，故控制开挖面前方土体过大隆起和沉降变形所需要的盾构挤压力变化幅度也减小，使得开挖面的稳定性不易控制。掌子面稳定性极大程度取决于盾构机土仓压力，压力设定过大，极易造成土体隆起，设定过小，又容易引起刀盘掌子面坍塌，造成地面沉降。另外，由于覆土较浅，开挖洞体上部土压较小，盾构及成型管片可能发生上飘现象，盾构机及管片姿态不好控制。

（二）周边环境风险(www.daowen.com)

该浅覆土段上部地表为交通要道顺德大道，顺德大道地面交通繁忙，盾构影响范围内地表任何微小的隆沉均有可能影响地面行车安全，若因盾构掘进影响产生路面塌陷则会产生严重的社会影响，故顺德大道为该浅覆土施工段主要环境风险源。区间右线存在陈兆良商业楼和华普电器两栋建筑物，陈兆良商业楼距离区间右线15 m，华普电器距离区间右线12 m，盾构掘进期间周边建构筑物可能出现隆沉、倾斜等。建筑物的沉降变形极大程度取决于建筑物的基础形式，对于天然基础或浅基础受土体沉降影响较大，而桩基础由于基础深埋于地下，受浅部土层的隆沉影响较小，其中端沉桩由于落底于稳固的岩层，抗变形能力较好。

该区间浅覆土段附近地下管线主要有一根Φ1 200混凝土污水管，埋深7.82 m，离浅覆土段平面距离约41 m。

表8.9为荔村站—伦教站区间浅覆土盾构掘进主要风险源统计表。

表8.9　荔村站—伦教站区间浅覆土盾构掘进主要风险源统计表

四、监测数据分析

荔—伦区间右线盾构于2020年6月18日至28日期间穿越浅覆土段，穿越地层主要为＜2-2＞淤泥质粉细砂层，图8.33为区间右线浅覆土段（右线第798环～849环）地表沉降变形曲线。由各监测点沉降曲线可看出，在盾构掘进过程，地面各监测点（DBCY-65～DBCY70）均出现不同程度的隆起变形，穿越前监测数据均在5 mm以内，穿越过程中普遍上抬10～30 mm，且随着刀盘的推进依次出现有规律的隆起，掌子面到达前方5 m，前方土体便产生隆起，随着掌子面掘进通过后，地表隆起又逐渐出现回沉。

图8.33　区间右线浅覆土段地表沉降曲线图

由DBCY-68点位的地表沉降曲线图可知，2020年6月20日—6月24日盾构下穿期间，地面急剧隆起。其中变形最为显著的是DBCY-68点于6月23日隆起64.67 mm，主要原因为该段盾构上方覆土仅为7 m左右，且上覆土层为淤泥质粉细砂和粉质黏土，土层灵敏度高，受开挖扰动后强度下降显著，自稳性差，且土层层厚较薄，无法形成稳固有效的拱效应。且因盾构处于V形坡上坡段，随着盾构掘进覆土厚度逐渐减少，上覆土层重度急剧减小，小于下部土仓压力，从而出现上抬隆起。且由图可知，盾构机在下穿前，掌子面前方便产生了隆起。

图8.34为浅覆土段周边建筑物沉降变形曲线图。周边建筑物陈兆良商业楼及华普电器商业楼沉降监测较为稳定，主要原因为两栋建筑物距离盾构区间右线较远，受施工影响较小，且房屋基础形式均为桩基础，端承于稳固的岩层上，桩体抗变形能力较好。

图8.34　陈兆良商业楼及华普电器商业楼建筑物沉降变形曲线图

为防止超方与纠偏需求及地表顺德大道出现地面塌陷，盾构在掘进中保持了较高的土压（0.12 MPa），土仓压力显著高于掌子面水土压力。出现地面隆起现象后，通过预警分析，得出主要原因为土仓压力设定过高，现场立即降低了设定的土仓压力，由原0.12 MPa调整至0.08 MPa。随着仓压的调整，地表隆起变形得到有效控制，地面开始出现回沉。可见浅覆土段盾构施工土仓压力控制尤为重要，一般经验设定为土仓压力=上部土压+0.02 MPa。土仓压力高于设计压力值，易出现地面隆起；土仓压力低于设计压力值，易出现地面沉降。

盾构穿越浅覆土段，应及时做好同步注浆，既要确保注浆饱满又不能过量，注浆量一般控制在6～7 m3为宜。同步注浆量不足，易出现地表沉降；为保护成型管片及防止过量注浆，同步注浆压力宜小于0.5 MPa，注浆压力过大易出现地表隆起。为减小浅覆土段穿越后出现过量沉降，盾构掘进完成后现场应及时进行二次注浆，确保盾尾脱出管片后的间隙能得到及时的补充，防止盾构穿越后出现过量沉降。盾构穿越浅覆土段适当降低掘进速度，均衡施工，掘进速度控制在10～30 mm/min，防止刀盘、盾体对土层产生过度扰动，同时可让填充的浆液有充足的时间凝固，确保管片脱出盾尾时有足够的支撑力，防止管片变形，从而引起地层工后变形。

五、小 结

荔村站—伦教站区间浅覆土段盾构掘进施工期间，由于浅覆土段地层埋深小、土层自稳定性差、土仓压力控制不当等原因导致地表普遍出现10～30 mm隆起变形，其中DBCY-68地表点单日隆起64.67 mm，变形最为显著。浅覆土段掘进刀盘掌子面前方5 m的土层在仓压作用下会先行产生隆起变形，随着掌子面通过时变形最为显著，通过后又逐渐出现回沉。本工程浅覆土段上覆土层为淤泥质粉细砂和粉质黏土，土层灵敏度高，受开挖扰动后强度下降显著，自稳性差，且土层层厚较薄，无法形成稳固有效的拱效应，随着盾构掘进覆土厚度的逐渐减少，上覆土层重度急剧减小，小于下部土仓压力，从而出现上抬隆起。针对类似情况建议采取以下措施：

（1）盾构施工前应做好详尽的风险源识别及分析，针对具体的风险源制定相应的预控措施。掘进过程中须严格控制盾构的土仓压力及掘进速度，建议土仓压力=上部土压+0.02 MPa，掘进速度控制在10～30 mm/min，以减少对土体的扰动，防止土体出现显著的沉降和隆起。

（2）浅覆土掘进段因地表隆沉受土仓压力、同步注浆量影响较为敏感，监测布点时应适当加密布点间距，并加密监测频率，以期更精准地捕捉地表变形，以指导施工及时调整掘进参数，确保盾构顺利掘进。

（3）当建筑物距离隧道开挖面较近，施工前可考虑对覆土较浅处地表的建筑物基础进行加固，通过预埋斜向袖阀管对建筑物基地进行加固，确保盾构通过时地表建筑物的稳定。掘进过程中建筑物除沉降监测外，亦可增加倾斜监测。