浅析盾构施工对地表及邻近建筑物影响和措施

2015-08-15王少勇

科技视界 2015年1期

王少勇

（中铁三局集团广东建设工程有限公司，广东广州510000）

0 引言

随着我国城市人口的不断扩大,修建地铁越来越成为大中型城市缓解交通压力的首选。然而由于城市的建筑物比较密集,修建地铁不可避免地会对周围土体及邻近建筑物产生一定影响,即使采用比较先进的盾构法开挖。因此在这种情况下,如何把对邻近建筑物的影响降到最低限度,是地铁施工过程中出现的一种不容忽视的新问题和新趋向。

1 盾构施工引起地表及邻近建筑物沉降变形因素

理论分析和大量的工程实践经验证明，盾构施工引起地表及邻近建筑物沉降变形的因素很多，如地质条件、覆土厚度、施工方法、施工管理、地层损失等，主要原因是施工过程中的地层损失、地层原始应力状态的改变、衬砌结构的变形、土体的固结和次固结作用。这些影响地表及邻近建筑物沉降变形的各个因素并不是孤立的，而是相互影响的。

1.1 施工方法

不同的地铁隧道施工方法对地层的扰动机理不同，从而对邻近建筑物产生的影响也不同，即使是同一种施工方法，也存在许多影响地表和建筑物沉降变形的因素。盾构法包括敞开式、气压平衡、土压平衡、泥水平衡等，在选择盾构机时，应该以保证开挖面的稳定为原则进行选择。不同盾构机对地层的适应情况不同。在软土地区，一般情况下，泥水盾构通过泥水压力与水土压力平衡，泥水压力容易控制，有利于开挖面的稳定，比土压平衡盾构更有利于地表沉降控制。敞开式盾构一般在开挖地层能自稳时采用。

1.2 地层条件

由于不同地层其力学性质、透水性等差异很大，工程施工对其扰动程度、失水固结等引起的地表及周围建筑物沉降差异很大，隧道所处的地层条件对地表沉降的影响也很大。在地层条件较好时，如可塑、硬塑黏土地层、中等密实以上的砂土地层、软岩地层等，开挖面的断面收敛、地表沉降的大小和分布也较容易控制；在软土地区，由于软土层的强度低、地下水位高，开挖面自稳能力差，一般需要采用特殊的辅助施工措施，才能保证开挖后隧道断面的收敛值得到控制，使开挖引起的地表沉降限制在允许的范围内。因而，地层条件不仅影响地表及周围建筑物的沉降值，而且直接影响着地铁隧道施工方法的选择。

1.3 覆土厚度

地下铁道工程设计阶段一个重要的技术问题便是确定合理的埋深，地铁隧道埋深受多种因素的制约，隧道使用条件、运营功能、工程地质条件、岩土体一支护系统的稳定性等都必须在隧道合理埋深中加以考虑。一般情况下，地表最大沉降值与隧道埋深为非线性关系。当隧道埋深增大时，地表最大沉降值减小。因此增大隧道埋深有助于减小地表沉降，对地表设施及邻近建筑物的保护有利。

1.4 地下水作用

开挖前进行了降水施工，施工过程中，士体失水固结产生沉降。同样在开挖捧水后，造成地下水因压力差的存在不断渗出，使地层失水。土层孔隙及节理裂隙固结收缩，引起地层、地表的沉降。根据施工经验，地层的持续失水是引起地层变形、地表沉降的重要原因之一。

1.5 结构断面大小

结构断面的大小对于地表及周围建筑物沉降变形的影响非常显著。一般情况下，开挖跨度大、施工作业时间长，对土体扰动就更严重，引起地表及周围建筑物的变形就越大。

1.6 施工管理

隧道施工引起的地表及周围建筑物变形的因素有些主要在设计阶段进行控制，如线路设计确定后，施工过程一般很难改变，地层性质、结构断面大小、覆土厚度等，但特殊情况下，可以采用辅助施工措施来改变地层性质、地下水位、覆土厚度等，如降水、冷冻、注浆、覆土回填等。其中施工方法、支护形式、地层损失、地下水位下降等因素在施工过程中，可通过加强施工管理进行控制。对于盾构施工，在推进过程中也可加强施工管理来控制地表的沉降，如保持推进量与排土量平衡，控制压力舱压力，防止蛇行、控制曲线超挖等。

2 地层及邻近建筑物处理措旋

在地层中引入结构单元，可加强地层结构。这种结构单元不是在建的地铁隧道的一部分。结构单元通常通过以下方式减小地铁隧道盾构施工对邻近建筑物的影响：提供地层刚性反应因而减小地层运动大小、在被保护建筑物与运动源间提供约束。对地层及邻近建筑物处理措施主要包括隔离桩、隔断墙、地层注浆、基础托换、建筑物结构加固等等。

2.1 隔离法

在建筑物附近进行地下工程施工时，通过在盾构隧道和建筑物间设置隔断墙等措施，阻止盾构机掘进造成的土体变形,以减少对建筑物的影响。避免建筑物产生破坏的工程保护法,称为隔断法。该法需要建筑物基础和隧道之间有一定的施工空间。隔断墙墙体可由密排钻孔灌注桩、高压旋喷桩和树根桩等构成，主要用于承受由隧道施工引起的侧向土压力和由土体差异沉降产生的负摩阻力，使之减小建筑物靠盾构隧道侧的土体变形。为防止隔断墙侧向位移，还可在墙顶部构筑联系梁并以地锚支承。

2.2 土体加固

土体加固包括隧道周围土体的加固和建筑物地基的加固。前者通过增大盾构隧道周围土体的强度和刚度,以减少或防止周围土体产生扰动和松弛。从而减少对近邻建筑物的影响,保证建筑物的正常使用和安全。后者通过加固建筑物地基,提高其承载强度和刚度而拟制建筑物的沉降变形。这两种加固措施一般采用化学注浆、喷射搅拌等地基加固的方法来进行施工。当地面具有施工条件时,可采用从地面进行注浆或喷射搅拌的方式来进行施工当地面不具备施工条件或不便从地面施工时,可以采用洞内处理的方式,主要是洞内注浆。例如上海市的下水道主干线工程中,采用外径为的土压平衡盾构,通过洞内注浆的处理方式,顺利通过了临近桥台的基础桩,且把最终沉降成功地控制在要求的内。