最新复合地层地铁盾构隧道下穿建筑物沉降规律

复合地层地铁盾构隧道下穿建筑物沉降规

律

摘要:通过对复合地层地铁盾构隧道下穿多栋建筑物沉降的监测与分析，根据实际工程监测数据，分析了建筑物沉降的历时变化、地层条件、双线隧道、近接条件及建筑物基础形式等因素对建筑物沉降的影响，得到了建筑物沉降规律。

关键词:复合地层，盾构，隧道，沉降

0引言

地铁盾构隧道邻近建( 构) 筑物施工时，对周围土体产生的扰动引起上部地层沉降和位移，过大的沉降和位移往往又会造成邻近建筑物倾斜甚至倒塌、地下管线的断裂等事故。当隧道处于上软下硬的岩土复合地层时，控制地表沉降、保证既有建( 构) 筑物安全问题更为突出。FORTH ＆ THORLEY 对一直径为9． 7 m 的双圆隧道旁穿 31 层高楼引起的地面沉降进行现场监测，发现地层向隧道方向发生的竖向位移导致桩侧摩阻力减小［1］。徐永福通过盾构施工的现场监测，分析认为盾构掘进引起的地表沉降的机理是土体应力状态的变化［2］。黄宏伟，张冬梅对各国盾构隧道施工监测数据进行分析、对比，指出盾构各阶段引起地表沉降具有较大的变异，主要取决于地层条件、盾构施工技术及周围环境［3］。徐永福，孙钧，傅德明等根据盾构掘进时的多项实测结果，分析了盾构掘进施工对周围土体的影响［4］。李大勇，王晖，武亚军对盾构掘进引起的建筑物沉降、地下管线位移以及地下水位的监测数据进行分析，得到了地表变形与土层压力、出渣量的关系［5］。申景宇对盾构区间掘进影响范围内较有代表性的几座建筑物的沉降、倾斜特性等进行了分析［6］。由此可知，施工监测法是研究盾构施工对周围环境影响的最主要手段，应用最为广泛和有效。

本文以深圳地铁 2 号线东延线工程香梅北站—景田北站区间盾构隧道为背景，拟通过多栋建筑物沉降监测数据的分析，给出复合地层中盾构掘进引起的建筑沉降的规律，尤其是后行隧道引起的二次沉降规律。

1工程概况

深圳地铁 2 号线东延线工程香梅北站—景田北站区间设计为左右线分离的单线盾构隧道( 右线长 1 012． 713 m，左线长1 013． 644 m) ，区间隧道拱顶埋深为 10 m ～ 22 m，左右线间距9． 8 m ～13． 2 m。两线各采用 1 台Ф6 280 土压平衡盾构机从香梅北站始发，向景田站掘进。隧道衬砌管片外径6 m，厚 300 mm，环宽 1． 5 m，采用错缝拼装。

香—景区间隧道处于冲洪积平原区与低丘交接地带，区间西低东高，地面高程 9 m ～70 m，地形起伏较大。区间范围上覆地层主要为第四系全新统人工填筑土( ) 、冲洪积粘性土及砂层( ) 、残

积粘性土层( ) ，下伏基岩为燕山期( ) 花岗岩及震旦系( ) 的花岗片麻岩。花岗岩与花岗片麻岩为侵入接触。区间隧道主要穿越地层为⑧-2砂( 砾) 质粘土、⑧-3砂( 砾) 质粘土、⑨-1全风化花岗岩、⑨2-1强风化花岗岩、-1全风化花岗片麻岩、2-1强风化花岗片麻岩( 土柱状) 、2-2强风化花岗片麻岩( 半岩半土状) 、-3中等风化花岗片麻岩及-4微风化花岗岩片麻岩。

区间右线隧道 YCK21 + 997 ～ YCK22 + 316 全长为 319 m 有3 段全断面硬岩段，左线 ZCK21 + 973 ～ ZCK22 + 370 全长为 377 m也有 3 段全断面硬岩段，每台盾构机不但要分 3 次穿越全断面的硬岩段，而且还要穿越有起伏的上软下硬过渡岩层，盾构掘进过程中容易造成超挖、偏转等问题。

香梅北站—景田站区间范围内地表水主要表现为新洲河河水，夏季水量丰沛，常年流水，水量随季节变化较大。地下水水位埋深 1． 5 m ～8． 3 m，以空隙潜水为主，局部地段微承压。

2监测方案

本区间高程基准网选取深圳地铁高程系统为基础建立，在远离地铁施工影响区稳固位置选择高程基准点。根据具体建筑物分布，高程基准点、工作基点同监测点一起布设成独立的闭合环，或形成由附合路线构成的结点网。

采用几何水准测量方法，使用 Trimble DINI12 电子水准仪观测，采用电子水准仪自带记录程序，记录外业观测数据文件。高程基准点选择、布设完成后，需至少经过 3 次复测，确认高程基准点处于稳定状态。按二等垂直位移监测网技术要求进行观测，往返较差及环线闭合差应在±0． 3n mm( n 为测站数) 以内，每站高差中误差在±0． 15 mm 以内［7］。

观测采用闭合水准路线时可以只观测单程，采用附合水准路线形式进行往返观测，取两次观测高差中数进行平差。观测完成后形成原始电子观测文件，通过数据传输处理软件传输至计算机，检查合格后使用专用水准网平差软件进行严密平差，得出各点高程值。通过变形监测点各期高程值计算各期阶段沉降量、阶段变形速率、累计沉降量等数据。

3建筑物沉降规律分析

本区建下穿景蜜村 5 栋建筑物和红蜻蜓幼儿园，选取景蜜村9 号楼和红蜻蜓幼儿园监测数据分析建筑物沉降变化规律。

3． 1建筑物沉降历时变化规律分析

盾构左线于2010 年6 月30 日～7 月4 日侧穿9 号楼，盾构右线于 2010 年 7 月 22 日～7 月 29 日下穿 9 号楼，测点布置见图 1，沉降历时变化如图 2 所示。由图 2 可以看出，建筑物沉降有 3 个明显的历时变化阶段，可看出盾构右线隧道下穿过程中，建筑物受到较大二次扰动，又产生了较大沉降。

盾构左线于 2010 年 7 月 7 日～ 7 月 13 日下穿红蜻蜓幼儿园，盾构右线于 2010 年 8 月 7 日～8 月 12 日下穿红蜻蜓幼儿园，测点布置见图 3，沉降历时变化如图 4 所示。由图 4 可以看出，建筑物沉降

有 3 个明显的历时变化阶段，可看出盾构右线隧道下穿过程中，建筑物受到较大二次扰动，又产生了较大沉降。

由各测点沉降历时变化曲线得如下结论: 1) 随着盾构的掘进过程，各测点沉降时程曲线轮廓基本一致。盾构到达前 5 m ～10 m 地层有轻微的隆起( ＜ 5 mm) ，盾构通过时沉降量明显增加，盾构通过后沉降量逐渐稳定或有小量回升，主要是由于壁后注浆和二次注浆引起的。硬岩段的后期固结沉降量很小。2) 建筑物各测点中沉降值最大的点位于线路上方，随着与线路中线间距的增加，测点的沉降量也相应减小。

3) 当右线盾构通过建筑物时左线各测点受二次扰动的影响，沉降值均有所增加，占最终沉降的45% ～66% 。

3． 2不同因素对建筑物沉降的影响

地层条件、隧道埋深、近接条件及建筑物基础形式等因素都对建筑物的变形有影响，区间沿线建筑物最大变形量与各因素描述见表 1。

由表 1 分析可知: 1) 建筑物均为框架结构，但其基础形式分为浅基础和桩基两种，桩基础建筑物倾斜值比浅基础建筑物大。这主要是由于桩基底距隧道顶竖向距离较小，受盾构施工扰动程度大，且受扰动后桩基对不均匀沉降较敏感。所以盾构隧道近距离临近桩基施工时，要采取注浆加固等必要的措施，以保证建筑物的安全。2) 区间隧道埋深均在 17 m ～20 m，但盾构穿越的地层条件较复杂，对建筑物的变形影响较大。景蜜村 9 号楼沉降量最大为 44． 3 mm，这主要是由于 9 号楼处隧道断面内以212-1强风化花岗片麻岩为主。说明地质条件在众多因素中对建筑物的影响最显著，盾构在硬岩中掘进对临近建筑物影响很小，这一点与地面沉降规律相同。

3． 3双线盾构对建筑物变形的影响

双线隧道的施工对临近建筑物产生二次扰动的影响，区间内左右线分别通过后建筑物的变形情况见表2。