復(fù)雜地質(zhì)下盾構(gòu)掘進(jìn)對周圍環(huán)境的影響分析

謝魯華

（中鐵十九局集團(tuán)第一工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

隨著地下空間的開發(fā)與利用，我國逐漸增加運(yùn)用盾構(gòu)工法的力度，相比較傳統(tǒng)鉆爆法，盾構(gòu)工法的優(yōu)勢在于能極好地適應(yīng)各種地質(zhì)條件、具有較高的安全性、很高的自動化、影響建筑的程度較小以及能很好地控制塌陷的地表等。應(yīng)用盾構(gòu)法成功的城市有深圳、廣州以及南京等，這項(xiàng)技術(shù)在我國的應(yīng)用逐漸健全。

1 土壓平衡式盾構(gòu)情況

土壓平衡式盾構(gòu)的別稱是泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)、削土密封式盾構(gòu)機(jī)，這種方式適用的區(qū)域是隧道的混合地層、軟土、硬巖以及軟巖，進(jìn)行工程建設(shè)時采的方式是敞開、土壓平衡以及氣壓平衡，在進(jìn)行操作時控制的方法可以是手動控制、自動控制，也可以是半自動控制。盾構(gòu)機(jī)的系統(tǒng)包含自動導(dǎo)向，可以控制挖掘的方向，轉(zhuǎn)向比較靈活，同時糾正方向偏轉(zhuǎn)的作用也很好，可以保證誤差約20 mm。盾構(gòu)刀盤結(jié)構(gòu)具有刀具(滾刀、齒刀)的互換性和可更換性，所以，其具有更廣的適應(yīng)能力，挖掘的進(jìn)度以及區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)都由注漿系統(tǒng)來保障，從而保護(hù)附近的建筑以及對附近塌陷的土體進(jìn)行控制。盾構(gòu)的系統(tǒng)還包含注入膨潤土以及泡沫，還有空氣壓縮系統(tǒng)使渣土得到改良，對于地表的沉降可以有效控制，同時還可防止?jié)B水[1]。

2 工程概況

這個區(qū)間的結(jié)構(gòu)包含的隧道分為左右2個，通過3組平行的曲線進(jìn)行分布，有800 m，1000 m以及1500 m的半徑，通常呈現(xiàn)的是V形的縱坡，3000 m是最大的縱坡，將豎曲線設(shè)置在變坡點(diǎn)處，通常3000 m以及5000 m為曲線的半徑，在（8～1.5）m的范圍內(nèi)設(shè)置隧道。區(qū)間隧道建設(shè)的難點(diǎn)以及重點(diǎn)工程在于玄武湖以及金川河的穿越，5.5 m的內(nèi)徑以及6.2 m的外徑是盾構(gòu)法的要求，管片的標(biāo)準(zhǔn)是350 mm的厚度以及1.2 m的寬度。區(qū)間地貌屬于較為復(fù)雜地貌，然而現(xiàn)在經(jīng)過時間的流逝以及人類的改造，成為了比較平坦的地勢，密集的廠房，地下水通常在（0.8～1.5）m的范圍內(nèi)變化。這個地區(qū)的土具有較大的滲透系數(shù)以及較高的水位，該地層屬于中高壓縮性地層，具有較差的水文質(zhì)地以及工程質(zhì)地，同時伴隨著較為復(fù)雜的周邊環(huán)境，隧道建設(shè)的困難有很多，包含地下管線的大數(shù)量、建筑群的密集以及玄武湖以及金川河的穿越等。工程建設(shè)時盾構(gòu)法具有促進(jìn)作用，從而有力保護(hù)附近的環(huán)境，了解附近工程建設(shè)時土層的變化情況，提供有效的數(shù)據(jù)參考。

3 影響附近環(huán)境的盾構(gòu)法

3.1 中間地層的損失是由于盾構(gòu)法引起的

盾構(gòu)法造成的土體位移通常分為3方面：淤地表位移是產(chǎn)生于盾構(gòu)之前的。于盾構(gòu)過程中產(chǎn)生的位移。盂結(jié)束盾構(gòu)后產(chǎn)生的土體固結(jié)。若盾構(gòu)屬于土壓平衡式，那么靜止時的壓力與未進(jìn)行盾構(gòu)之前的壓力相接近，所以具有較小的可能是地表位移產(chǎn)生于盾構(gòu)之前的。位移較大的原因，有可能是因?yàn)槎軜?gòu)過程中盾尾的間隙關(guān)閉。土的種類決定固結(jié)沉降的型號，擾動土體的狀況可通過盾構(gòu)機(jī)以及盾尾注漿的方式了解。固結(jié)沉降與時間有關(guān)，通常經(jīng)過幾個月后才能穩(wěn)定[2]。

3.2 影響建筑物的沉降

檢測結(jié)果顯示，盾構(gòu)正常工作的區(qū)域地表沉降和建筑物沉降具有一樣的方式，圖1所顯示的是部分沉降房屋的情況，盾尾脫出管片的時期出現(xiàn)最大的沉降，沉降區(qū)域發(fā)生最大沉降的是軸線3 m左右，通常（-15～-25）mm范圍的是主沉降區(qū)，主沉降區(qū)之外通常是-10 mm以下的沉降，盾構(gòu)進(jìn)行時不會影響房屋，一般會在約-4 mm的區(qū)域進(jìn)行沉降。此外，房屋具有較大的剛度，沉降就會較小，同時小于同方位的地表沉降。若地段特殊，比如漏油的油缸區(qū)域，就會出現(xiàn)-83.7 mm的沉降，例如軟流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)的黏土層，就會出現(xiàn)較大的沉降，這類地方的特點(diǎn)是靈敏度高、壓縮高，可以敏感地察覺擾動。盾構(gòu)擾動以及房屋荷載同時出現(xiàn)的前提下，底層就會出現(xiàn)壓縮，再進(jìn)行固結(jié)沉降的現(xiàn)象，增加地層后期的變化。面對這類的地層，就會增加控制進(jìn)度以及盾構(gòu)姿態(tài)的難度，減小影響變位的方法就是同步注漿，主要是因?yàn)榈貙映柿魉軤顣r，漿液就不能完全注入盾尾空隙，地面就會造成很大的損失[3]。出于特殊地段的房屋出現(xiàn)的問題有墻體裂開、墻皮掉落等，通過觀察，房屋出現(xiàn)裂縫，除了與沉降大有關(guān)系以外，與房屋本身的因素（年代、結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)形式等）也密切相關(guān)。

3.3 影響地下管線沉降

圖1 房屋沉降與刀盤距離關(guān)系

排污管、煤氣管以及給水管是隧道附近的地下管線。正態(tài)曲線分布描繪的就是出現(xiàn)在橫斷界面的沉降，適應(yīng)于地表沉降。淺埋地下管線時，地下管線的沉降可以利用地表沉降取代。同時地下管線具有較小的沉降。進(jìn)行盾構(gòu)時對區(qū)內(nèi)管線沉降的影響比較大，對區(qū)外沉降的影響較小。圖2為煤氣管道沉降縱向曲線。

3.4 影響地下水位

圖2 煤氣管道沉降縱向曲線

開挖的形式可以是土壓平衡模式，幾乎不會影響地下水位，盾構(gòu)的進(jìn)度由水位的變化所影響，水位隨著盾構(gòu)的進(jìn)度產(chǎn)生的變化如圖3所示。圖3上部分顯示的側(cè)孔距離盾構(gòu)刀盤較近，大約距離測點(diǎn)30 m的盾構(gòu)切口會引起水位的變化，盾構(gòu)切口未到達(dá)時，地下水位就會發(fā)生最大幅度地上升，通常處于43 m左右，這是因?yàn)樵O(shè)置的盾倉壓力太大，產(chǎn)生的壓密疏干效應(yīng)作用于正面土體從而升高地下水位，在盾尾脫出以及盾構(gòu)通過的時期，就會有（15～20）cm的水位下降。

4 盾構(gòu)技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)中的作用

4.1 盾構(gòu)穿越軟硬不均地層

與地質(zhì)情況相結(jié)合，首先對實(shí)際地質(zhì)情況要了解，盾構(gòu)方式可以是平衡模式或土壓平衡模式，改良渣土的方式可以是注入泥漿、泡沫，一定要重視控制姿態(tài)以及控制軸線的工作，比如超挖刀的合理利用，對千斤頂?shù)募皶r修正、銜接千斤頂?shù)暮侠砝玫龋瑥亩_(dá)到控制挖掘進(jìn)度、對軸線進(jìn)行保護(hù)的目的[4]。

4.2 盾構(gòu)越過砂層以及淤泥層段

為使盾構(gòu)順利越過砂層以及淤泥層段，一般采用土壓平衡模式，對于出土量能嚴(yán)格把控，從而有效保障對土倉的壓力，使工作面穩(wěn)定，地表沉降得到控制。盾構(gòu)時添加材料，如將泡沫等注入到刀盤面及土倉中，使渣土的性能得到改變，從而將渣土止水性以及流動性提高，避免噴涌以及流沙現(xiàn)象出現(xiàn)。

4.3 盾構(gòu)穿越球狀的風(fēng)化地層

圖3 盾構(gòu)掘進(jìn)地下水位變化與刀盤距離曲線

花崗巖球狀風(fēng)化，指的是球附近的巖體受到風(fēng)化的影響，以及其自身的強(qiáng)度之間的差異較大，因此容易損壞道具，破壞刀盤，從而導(dǎo)致盾構(gòu)發(fā)生癱瘓，面臨這些問題時，工程建設(shè)的主要措施包含：進(jìn)行雷達(dá)探測，將預(yù)防作為主要工作，對于爆破深孔以及地表爆破等工作以前處理，對于掘進(jìn)時的不尋常的情況或者過程中出現(xiàn)參數(shù)異常時，及時檢測有沒有遇到球狀風(fēng)化巖體，若加大推力，就會停止掘進(jìn)，此時應(yīng)立刻停止工作，一定不能繼續(xù)工作，掘進(jìn)風(fēng)化巖體時轉(zhuǎn)速要高，速度要低，對于刀盤的受力以及刀具的檢測必須全程關(guān)注，保證其正常運(yùn)行，若刀盤卡住，那么就需要將刀盤縮回，先進(jìn)行調(diào)整，再進(jìn)行工作，若滾動時刀盤和球狀風(fēng)化巖體同時運(yùn)轉(zhuǎn)，那么就要以附近的情況為基礎(chǔ)進(jìn)行加固工作，然后繼續(xù)進(jìn)行工作，若以上的辦法沒有效果，就需要進(jìn)行人工處理[5]。

5 結(jié)束語

在盾構(gòu)隧道上進(jìn)行建筑時，需要著重考慮構(gòu)建物的傾斜、沉降和建筑物所處的地層及沉降槽內(nèi)的有關(guān)位置部分。構(gòu)筑物因地基沉降而產(chǎn)生沉降和傾斜，對于基礎(chǔ)好、結(jié)構(gòu)整體剛度大的構(gòu)筑物，其不均勻沉降較小且危害??；對于基礎(chǔ)較差、整體剛度小的構(gòu)筑物，易產(chǎn)生裂縫和結(jié)構(gòu)性破壞。