浅谈地铁盾构施工对临近构筑物变形影响

摘  要：地铁盾构施工作为一项技术难度较大的工程项目，其对技术人员有着较高的素质要求，同时，长期的地下作业可能会对周围的构筑物产生较大的影响。基于此，本文介绍了地铁盾构施工特点，分析了造成地铁项目临近构筑物变形的原因，以及地铁盾构施工对临近构筑物变形的影响，在此基础上提出了降低地铁盾构施工对临近构筑物影响的有效策略，以期为地铁盾构施工提供借鉴。

关键词：地铁盾构施工;临近构筑物;变形

中图分类号：U455.43    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）02-0000-00

1 地铁盾构施工概述

1.1 地铁盾构施工特点

盾构指的是在利用掘进机开展掘进工作过程中，对支撑性管片进行铺设的一类器械，该类施工技术主要用于地铁工程隧道的开挖阶段。盾构机通常由壳体、挡土装置、管片机、拼装装置以及推进装置几大结构组成。盾构施工法是地铁工程项目建设过程中比较常见的一类施工技术，相较于普通的隧道挖掘技术，该类技术在工程施工中具有较强的应用优势。在地铁项目施工过程中，盾构施工需要经历盾构机推进、衬砌拼装以及注浆等几道重要工序，盾构技术应用水平的高低会对地铁施工的安全性及工程质量产生直接影响。因此，技术人员应不断加强对盾构施工技术的学习，努力提升自身的技术操作水平，确保工程施工质量具有可靠的技术保障。

1.2 地铁盾构施工的优势及不足

一般来看，由于市区内部的地面环境比较复杂，若采用明挖方式来开展隧道施工，往往很容易对路面环境产生影响，从而给城市交通及市民的生活造成极大不便。在实际的地铁隧道施工过程中，也难免会遇到各类不利的地质条件、天气条件等客观因素影响，从而给工程施工帶来阻碍。然而，利用盾构技术进行施工，能够很好地避免此类问题。首先，盾构施工的施工地点位于地下，施工全过程通常不会涉及到地面，进而也不会对周边居民的生活及交通情况产生影响，同时，由于是地下施工，盾构施工也不会受到天气条件等因素限制，这就使得工程效率明显提高。其次，相较于其他施工方式，盾构施工的成本更低且施工过程管理方便，最终的施工效果也明显更佳。当然，盾构法施工存在一定的不足，举例来说，盾构施工的作业条件比较恶劣，施工过程具有较高的危险性，且对施工人员的技术要求也比较高。同时，在表层土较浅、隧道曲线半径较小等情况下，盾构施工很难顺利展开。

2 引发临近构筑物变形的因素

2.1 受各地区地质条件影响

由于不同地区的环境条件存在着较大的差异，在平原地区、山林地区以及沿海地区土层分布情况往往比较复杂。一般情况下，地铁线路需要设置在地下二十米到四十米左右，而这些位置的地质条件往往更加复杂，国内部分地区在该段区域会分布有较多的粘性土和淤泥土，而还有些地区则会分布较多的粉土和沙砾。在地铁工程正式开工前，施工方应安排专门的勘察人员对现场进行考察，对土层的实际情况进行记录分析。对于一些地下的卵砾石夹层，若施工前未得到准确的数据，就很有可能会导致盾构机在推进过程中出现刀盘被卡情况，从而给工程施工带来一定阻碍[1]。

2.2 施工工艺及技术水平方面的影响

地铁项目的施工效果通常以支护压力比、注浆填充率以及偏心率来衡量，在地铁项目开工前，施工方应提前制定好科学的施工工艺流程，确保各个施工操作环节能够依照计划有序进行。在实际的施工过程中，若盾构机的推进速度未能得到合理的控制，就极有可能会导致周边土体出现塌陷或隆起等情况，从而给地铁项目带来额外的损失。具体来看，导致地层出现变形的原因主要包括[2]：

（1）盾构施工过程中，机器的推进角度出现偏差，从而导致开挖面的面积超出原设计面积。（2）盾构机的壳体与外界发生摩擦剪切情况，从而引起周边土层发生形变。（3）在隧道施工过程中，若不能及时做好衬砌工作，周边水土所产生的压力也会迫使地层表面出现变化。

2.3 盾构尺寸及挖深深度的影响

地铁盾构施工前，施工方需要依据隧道周边的环境、实际空间需求等情况，对隧道尺寸进行合理的规划设计。就目前来看，市面上常见的盾构机尺寸往往都稍大于隧道的直径，因此在施工过程中给周边土体所带来的扰动也会明显增加。与此同时，在地铁项目的深度设计过程中，施工方需要综合考虑周边各类地下公共设施以及土体压力等因素影响。在盾构施工阶段，周边土层也会受到掘进及回填过程中的施工周期、土层厚度、隧道外直径以及承载力大小影响，而出现不同程度的纵向位移。

2.4 附近范围地表产生横向及纵向位移

在地铁隧道开挖过程中，土体的沉降位移往往无法准确估测。从理论上来讲，由隧道施工所导致的地表位移变化统称为地表沉降槽。沉降槽通常包括两大类，首先是纵向沉降槽，即地表位移方向与开挖方向一致的情况;还有就是横向沉降槽，即地表位移与开挖方向呈现垂直状态的情况。一般情况下，横沉降槽的数据主要用来表示盾构施工后地表、水平面二者之间的角度，而纵沉降槽数据则用来作为施工沉降规律评定的参考。无论是横向位移或是纵向位移的出现，都极有可能会对施工土体结构产生直接损害，甚至引起严重的形变问题。

3 地铁盾构施工对临近构筑物变形的影响

3.1 盾构施工对土体产生扰动

地铁盾构施工对临近土体产生的扰动主要表现在两大方面：（1）施工场地周边与前方区域产生挤压，从而导致土体出现隆起或被压缩的情况。（2）盾构施工过程中由于挖掘过度，从而引起土体出现坍塌沉降。在实际的地铁盾构施工中，土体扰动范围及强度会随着隧道及土层位移的增加而逐渐变小，相应的扰动区域也会发生转移。一般情况下，在盾构掘进过程中，前方土体的压力主要来源于挤压作用，而侧方土体的压力则主要来源于剪切作用，且侧方产生的扰动影响力通常要远远小于前方[3]。

3.2 地表纵向位移带来的影响

在地铁盾构施工的附近范围内，地表纵向位移通常可以划分为几个不同等级：（1）先行土体的位移沉降，对于此类现象的出现，各界说法并不一致。一般情况下，地表沉降在观测处与开挖面相距数十米时即可被捕捉观测到。部分学者推测此类情况是由于盾构推进施工导致地下水发生变化，进而引起土体沉降，然而这种解释并不适用于所有情况，例如软黏土区域的施工过程。（2）掘进施工过程及施工完成后出现的沉降，当测定位置与盾构机之间的距离过小，设备功率及施工位置坐标发生改变，都会在不同程度上导致土层因压力分布问题而出现沉降或凸起问题。（3）空隙沉降问题的出现，当设备处于测定区域范围之外时，土层会发生弹性形变，这主要是由于在盾构施工过程中产生的空隙造成的。最后，在工程后期出现土层固结的情况，最终会使承载力处于平衡状态[4]。

4 降低地铁盾构施工对临近构筑物影响的有效策略

4.1 应用钻孔灌注桩施工技术

钻孔灌注桩技术具有成本低、施工周期短等优势，采用该类技术能够安全迅速地实现对地铁项目临近构筑物的加固，从而有效降低盾构施工对周边土体造成的松动问题。总的来看，通过利用旋挖钻机进行钻孔，能够最大化降低对构筑物的扰动。在钻孔灌注桩正式施工前，施工方应设置好相应的隔离带及施工通道，确保水电供应充足，避免施工过程意外终止。在灌浆过程中，施工人员需要严格按照跳孔的顺序进行注浆操作，同时要避免孔内注浆出现串浆或强度过大等情况。同时，对于地下水的处理环节，则应尽可能避免浆液受水流影响而出现迁移。此外，在孔口开挖前，施工人员应做好现场的清理工作，确保附近一米的范围内不存在碎石等杂物。首次孔圈护壁的浇筑过程，应注意保持在地表30厘米以上的位置，随着桩孔深度的增加，应进一步加强对孔桩的勘察检验工作，避免出现偏差问题而对工程质量产生影响[5]。

4.2加固周边构筑物地基结构

对地铁盾构施工临近区域的地基及构筑物的结构进行加固处理，能够有效降低构筑物的形变问题。在加固施工过程中，施工方需要注重以下几点要求：

（1）要做好周边土质的勘察工作，一般情况下，土质成分往往包括多个类型的土层，例如老黄土、新黄土、中砂、粗砂等，不同的土层在盾构施工中所受到的影响也各不相同。（2）在施工过程中要减少对构筑物破坏，尽可能使其保持原貌，这也提现了加固施工的意义所在。（3）对于构筑物的结构加固，应尽量避免进行材料的更换，保持构筑物自身的完整性。在完成构筑物地层及结构的加固后，施工方应设置好专门的监测区域，对构筑物周边土体沉降情况进行实时监测，并根据监测数据来对盾构施工的具体操作进行适当调整，以避免对构筑物产生不必要的损害。

5 结语

综上所述，随着城市地下空间的不断开发，地铁项目等地下公共设施的数量在不断增多，这给人们的生活带来便利的同时，难免也会对周边构筑物产生一定影响。盾构施工的应用必然会给周边土层带来一定的扰动，进而给附近建筑带来形变等一系列困扰。有关单位应加强对该类问题的重视，制定相应的沉降控制工作，减少盾构施工对临近构筑物的影响，从而进一步提升地铁建设的安全性和稳定性。

参考文献

[1] 刘世龙.地铁盾构法施工中的常见质量问题及防治措施分析[J].企业改革与管理，2017（24）：209+212.

[2] 章慧健，仇文革，王庆.城市地铁盾构施工引起的地表沉降分析[J].铁道建筑，2009（9）：64-67.

[3] 刘长旭.地铁施工盾构法的施工技术研讨[J].城市建设理论研究（电子版），2017（13）：160-161.

[4] 娄月，高海宾.地铁盾构施工技术问题分析[J].城市建设理论研究（电子版），2017（4）：221-222.

[5] 杨再道.土压盾构机穿越高压杆塔施工技术措施[J].现代城市轨道交通，2010（4）：53-55.

收稿日期：2020-01-09

作者簡介：温瑞东（1988—），男，山西兴县人，本科，工程师，研究方向：工程管理。