地铁施工时对周边房屋沉降位移的影响

2020-12-31纪翔鹏付玉涛

建材与装饰 2020年1期

纪翔鹏付玉涛魏伟

（山东省第一地质矿产勘查院山东济南 250014）

0 引言

根据以往施工案例，在盾构机掘进过程中会对周边房屋产生一定的位移沉降，分析其产生沉降的原因主要是在施工过程中原始土应力的释放，孔隙水压力的减少等，要使这些因素在施工过程中保持正常，就需要合理调整盾构机的施工参数，影响最大的施工参数主要是以下二个：注浆率、支护压力比。本文主要通过调整施工参数来最大程度降低周边房屋位移的沉降。

1 施工工艺参数

在盾构机施工过程中，其施工工艺的好坏对地表沉降影响较大，主要与注浆填充率、支护压力比等有关。其施工质量的好坏主要体现在：由于注浆率，特别是盾构尾部处注浆不足引起的地表沉降；在隧道开挖面与衬砌装置产生的支护压力不足引起的地表沉降。

1.1 注浆率

在地铁盾构机掘进过程中，在机械构造上盾构机尾部与土体会留有一定的空间，为了衬砌材料在施工时更好的与土体结合在一起，需要在其尾部进行泥浆事先填充。其填充率β与注浆率为正比例关系，即填充率β随着泥浆注浆率的提高而提高。根据工程实际可知，填充率取值范围一般β为=0.60～0.9。

1.2 支护压力比

在地铁盾构机掘进过程中，上方土体中的土应力会逐渐减少，为了不使地面发生大规模的沉降，需要施加支护压力P，此值需要在原有压力的一定范围之内。设一参数为支护压力比λ，如λ过大，说明施工的支护压力大于原先的土体压力，上方地面土体会发生隆起；如λ过小，则会发生土体的沉降。根据工程实际可知，λ取值范围一般为0～1。

2 参数设计与分析

为了比较分析注浆填充率、支护压力比这二个施工工艺参数对地表沉降的影响，设定一正交试验，来定量的分析此二类因素影响程度的大小。设定注浆填充率为 β=0.7，0.8，0.9；支护压力比为 λ=0.7，0.8，0.9，建立

5 组正交试验，如表1所示。

选定某工程项目中的一盾构机的施工参数及工程参数：盾构半径R=3.125m，泊松比v=0.3，土体弹性模量Eu=5.6MPa，天然重度r=18.5kN/m3，水平距离x=0，盾构机长L=8m，衬砌外半径3m，盾构机钢壳外半径为6.12m。根据相关计算公式，对于地表沉降的计算结果如表2所示。

表1 参数设计

表2 参数设计计算结果

从以上表格可知，这二个施工工艺参数的影响主次顺序为注浆填充率>支护压力比，即要使地表沉降减小最有效的方法是提高注浆填充率。同时地表沉降值随着注浆填充率，支护压力比的增大而减小。

3 工程应用

3.1 工程概况

某地铁1号线工程，全长32km，经过省会二个铁路枢纽站，分二期施工，会通过几大商业街区，周边环境复杂多变。根据地质勘察，经过地铁沿线的地质剖面主要集中在4-1土层中，是一种第四纪沉积物，有老粘土及老黄土，老黄土遇水后其抗剪强度会极速下降，极易坍塌，表现出一个土质特有的性质，工程勘察上称为黄土的湿陷性。

3.2 施工工艺改进

当盾构机在黄土地层掘进过程中，就需要特别注意对含水量和土的孔隙率的把握，从这也可知看出影响黄土性质最主要的因素是含水量和孔隙比，因此在施工时对盾构的施工工艺，尤其是注浆率及支护压力比的要求比较高。

根据对施工工艺中注浆填充率，支护压力比这二个参数的设计计算与分析，得出增加盾构机掘进过程中的注浆率对减小周边房屋地表位移沉降的效果最好，结合黄土地层特有的性质及特点，提出了以下几点相对应的施工工艺方法：当黄土湿陷性较大时，需要事先通过降水，注浆等措施来提高黄土自身的强度，前期固结时间较短，可以充分利用衬砌和掘进的循环作业，来提高施工效率，减小施工周期；当黄土湿陷性较小时，对于衬砌施工可以适当的简化，只需通过减小它的含水率，可以通过土压平衡的方法来同时增加它的支护压力比，加快掘进速度。

通过以上施工工艺的改进，在实际盾构施工过程中，遇到黄土地层时发生工程事故的情况大有改善，同时经过位移监测，发现对周边房屋的位移沉降也在允许范围内，满足了工程设计要求。