淺析盾構(gòu)施工對(duì)地表及鄰近建筑物影響和措施

王少勇

（中鐵三局集團(tuán)廣東建設(shè)工程有限公司，廣東 廣州510000）

0 引言

隨著我國城市人口的不斷擴(kuò)大,修建地鐵越來越成為大中型城市緩解交通壓力的首選。然而由于城市的建筑物比較密集,修建地鐵不可避免地會(huì)對(duì)周圍土體及鄰近建筑物產(chǎn)生一定影響,即使采用比較先進(jìn)的盾構(gòu)法開挖。因此在這種情況下,如何把對(duì)鄰近建筑物的影響降到最低限度,是地鐵施工過程中出現(xiàn)的一種不容忽視的新問題和新趨向。

1 盾構(gòu)施工引起地表及鄰近建筑物沉降變形因素

理論分析和大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，盾構(gòu)施工引起地表及鄰近建筑物沉降變形的因素很多，如地質(zhì)條件、覆土厚度、施工方法、施工管理、地層損失等，主要原因是施工過程中的地層損失、地層原始應(yīng)力狀態(tài)的改變、襯砌結(jié)構(gòu)的變形、土體的固結(jié)和次固結(jié)作用。這些影響地表及鄰近建筑物沉降變形的各個(gè)因素并不是孤立的，而是相互影響的。

1.1 施工方法

不同的地鐵隧道施工方法對(duì)地層的擾動(dòng)機(jī)理不同，從而對(duì)鄰近建筑物產(chǎn)生的影響也不同，即使是同一種施工方法，也存在許多影響地表和建筑物沉降變形的因素。盾構(gòu)法包括敞開式、氣壓平衡、土壓平衡、泥水平衡等，在選擇盾構(gòu)機(jī)時(shí)，應(yīng)該以保證開挖面的穩(wěn)定為原則進(jìn)行選擇。不同盾構(gòu)機(jī)對(duì)地層的適應(yīng)情況不同。在軟土地區(qū)，一般情況下，泥水盾構(gòu)通過泥水壓力與水土壓力平衡，泥水壓力容易控制，有利于開挖面的穩(wěn)定，比土壓平衡盾構(gòu)更有利于地表沉降控制。敞開式盾構(gòu)一般在開挖地層能自穩(wěn)時(shí)采用。

1.2 地層條件

由于不同地層其力學(xué)性質(zhì)、透水性等差異很大，工程施工對(duì)其擾動(dòng)程度、失水固結(jié)等引起的地表及周圍建筑物沉降差異很大，隧道所處的地層條件對(duì)地表沉降的影響也很大。在地層條件較好時(shí)，如可塑、硬塑黏土地層、中等密實(shí)以上的砂土地層、軟巖地層等，開挖面的斷面收斂、地表沉降的大小和分布也較容易控制；在軟土地區(qū)，由于軟土層的強(qiáng)度低、地下水位高，開挖面自穩(wěn)能力差，一般需要采用特殊的輔助施工措施，才能保證開挖后隧道斷面的收斂值得到控制，使開挖引起的地表沉降限制在允許的范圍內(nèi)。因而，地層條件不僅影響地表及周圍建筑物的沉降值，而且直接影響著地鐵隧道施工方法的選擇。

1.3 覆土厚度

地下鐵道工程設(shè)計(jì)階段一個(gè)重要的技術(shù)問題便是確定合理的埋深，地鐵隧道埋深受多種因素的制約，隧道使用條件、運(yùn)營功能、工程地質(zhì)條件、巖土體一支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等都必須在隧道合理埋深中加以考慮。一般情況下，地表最大沉降值與隧道埋深為非線性關(guān)系。當(dāng)隧道埋深增大時(shí)，地表最大沉降值減小。因此增大隧道埋深有助于減小地表沉降，對(duì)地表設(shè)施及鄰近建筑物的保護(hù)有利。

1.4 地下水作用

開挖前進(jìn)行了降水施工，施工過程中，士體失水固結(jié)產(chǎn)生沉降。同樣在開挖捧水后，造成地下水因壓力差的存在不斷滲出，使地層失水。土層孔隙及節(jié)理裂隙固結(jié)收縮，引起地層、地表的沉降。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，地層的持續(xù)失水是引起地層變形、地表沉降的重要原因之一。

1.5 結(jié)構(gòu)斷面大小

結(jié)構(gòu)斷面的大小對(duì)于地表及周圍建筑物沉降變形的影響非常顯著。一般情況下，開挖跨度大、施工作業(yè)時(shí)間長，對(duì)土體擾動(dòng)就更嚴(yán)重，引起地表及周圍建筑物的變形就越大。

1.6 施工管理

隧道施工引起的地表及周圍建筑物變形的因素有些主要在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行控制，如線路設(shè)計(jì)確定后，施工過程一般很難改變，地層性質(zhì)、結(jié)構(gòu)斷面大小、覆土厚度等，但特殊情況下，可以采用輔助施工措施來改變地層性質(zhì)、地下水位、覆土厚度等，如降水、冷凍、注漿、覆土回填等。其中施工方法、支護(hù)形式、地層損失、地下水位下降等因素在施工過程中，可通過加強(qiáng)施工管理進(jìn)行控制。對(duì)于盾構(gòu)施工，在推進(jìn)過程中也可加強(qiáng)施工管理來控制地表的沉降，如保持推進(jìn)量與排土量平衡，控制壓力艙壓力，防止蛇行、控制曲線超挖等。

2 地層及鄰近建筑物處理措旋

在地層中引入結(jié)構(gòu)單元，可加強(qiáng)地層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)單元不是在建的地鐵隧道的一部分。結(jié)構(gòu)單元通常通過以下方式減小地鐵隧道盾構(gòu)施工對(duì)鄰近建筑物的影響：提供地層剛性反應(yīng)因而減小地層運(yùn)動(dòng)大小、在被保護(hù)建筑物與運(yùn)動(dòng)源間提供約束。對(duì)地層及鄰近建筑物處理措施主要包括隔離樁、隔斷墻、地層注漿、基礎(chǔ)托換、建筑物結(jié)構(gòu)加固等等。

2.1 隔離法

在建筑物附近進(jìn)行地下工程施工時(shí)，通過在盾構(gòu)隧道和建筑物間設(shè)置隔斷墻等措施，阻止盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)造成的土體變形,以減少對(duì)建筑物的影響。避免建筑物產(chǎn)生破壞的工程保護(hù)法,稱為隔斷法。該法需要建筑物基礎(chǔ)和隧道之間有一定的施工空間。隔斷墻墻體可由密排鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁和樹根樁等構(gòu)成，主要用于承受由隧道施工引起的側(cè)向土壓力和由土體差異沉降產(chǎn)生的負(fù)摩阻力，使之減小建筑物靠盾構(gòu)隧道側(cè)的土體變形。為防止隔斷墻側(cè)向位移，還可在墻頂部構(gòu)筑聯(lián)系梁并以地錨支承。

2.2 土體加固

土體加固包括隧道周圍土體的加固和建筑物地基的加固。前者通過增大盾構(gòu)隧道周圍土體的強(qiáng)度和剛度,以減少或防止周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng)和松弛。從而減少對(duì)近鄰建筑物的影響,保證建筑物的正常使用和安全。后者通過加固建筑物地基,提高其承載強(qiáng)度和剛度而擬制建筑物的沉降變形。這兩種加固措施一般采用化學(xué)注漿、噴射攪拌等地基加固的方法來進(jìn)行施工。當(dāng)?shù)孛婢哂惺┕l件時(shí),可采用從地面進(jìn)行注漿或噴射攪拌的方式來進(jìn)行施工當(dāng)?shù)孛娌痪邆涫┕l件或不便從地面施工時(shí),可以采用洞內(nèi)處理的方式,主要是洞內(nèi)注漿。例如上海市的下水道主干線工程中,采用外徑為的土壓平衡盾構(gòu),通過洞內(nèi)注漿的處理方式,順利通過了臨近橋臺(tái)的基礎(chǔ)樁,且把最終沉降成功地控制在要求的內(nèi)。

2.3 建筑物自身措施

對(duì)鄰近建筑物應(yīng)進(jìn)行以下幾方面的工作：

（1）鄰近建筑物的現(xiàn)狀評(píng)估和安全性評(píng)價(jià)，由此可確定出鄰近建筑物的沉降和變形控制標(biāo)準(zhǔn)以及建筑物所能承受的極限變形值。

（2）進(jìn)行施工附加影響分析和評(píng)價(jià)，由此可確定出合理的施工方案。

（3）考慮大隧道開挖對(duì)地層影響的時(shí)空效應(yīng)，依據(jù)地層和結(jié)構(gòu)的變位分配原理，初步擬定相應(yīng)施工方案下鄰近建筑物變形及穩(wěn)定性控制方案并實(shí)施。

（4）監(jiān)測及反饋?；谛畔⒒┕さ脑?，通過監(jiān)測結(jié)構(gòu)與既定控制方案的對(duì)比，可及時(shí)對(duì)施工方案和控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，以及在必要時(shí)對(duì)地層和結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

（5）待施工完成后應(yīng)對(duì)鄰近建筑物的損壞狀況進(jìn)行檢測和評(píng)估，并據(jù)此制定恢復(fù)方案和具體措施，包括恢復(fù)的必要性、恢復(fù)程度以及工后沉降和變形的預(yù)測等。

3 結(jié)語

在不同地層條件下，盾構(gòu)隧道施工對(duì)地表和建筑物的影響有著不同的規(guī)律，弄清典型地層條件下盾構(gòu)施工對(duì)地表沉降和建筑物的影響規(guī)律，提出相應(yīng)的保護(hù)措施，對(duì)于地表沉降和建筑物的安全以及盾構(gòu)施工質(zhì)量的提高都有很重要的意義。

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