减轻隧道工程对周边建筑物影响的措施

减轻隧道工程对周边建筑物影响的措施

摘要：为了保证隧道施工的顺利进行，降低施工风险，将施工对地面建筑物的影响降低到控制范围内，必须根据结构的特征和已使用的年限，以及隧道的结构型式、地层信息、施工效应等，采取对地层变位的防治措施及建筑物的保护措施。从爆破控制、隧道自身施工、地层处理技术和建筑物自身加固等方面探讨了隧道工程对周边建筑的影响并提出了控制措施。并提出加强现场监控测量手段及时发现有关问题，以做到对建筑物的实时跟踪保护。

关键词：隧道工程，周边建筑影响，爆破控制，施工控制，建筑物加固，监测

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城市隧道施工中，对周边建筑物影响最大的是建筑物的不均匀沉降和倾斜变形，从而削弱了地基承载力[1,2]，产生的附加应力还会导致上部建筑结构发生破坏，造成严重的后果。因此如何在隧道施工中减少或避免对建筑物的影响是十分重要的。

1.爆破振动的控制

控制爆破振动、保护建筑物免受破坏，是土建工程中经常会遇到的问题。在隧道掘进过程中，爆破振动会对地面建筑物及邻近地下构筑物产生影响，因此应该加强爆破震动监测。通过测定爆破所引发的地震效应，判断周边建筑物的安全性，以便调整和优化爆破设计，保证周边建筑物的安全。

1.1爆破减震措施

（1）采用分布、分台阶开挖，多次装药，浅埋爆破技术。

（2）采用多段位毫秒延期雷管，选择科学合理的雷管起爆时间差，增加起爆的

数量，降低同段起爆药量。

（3）采用低密度、低爆速、高爆炸力的乳胶炸药，严格控制装药量。

（4）利用监测数据进行回归分析，不断的调整、优化爆破参数。

（5）加强特殊地段的超前地质预报工作，根据地质情况及时调整钻爆参数。

1.2爆破振动监测

由于隧道开挖爆破后的振动波会通过地层传给对动应力特别敏感的建筑物，引起结构爆破振动附加力[3]。通过爆破监测，检验隧道开挖爆破时产生的动应力是否对建筑物有影响，再重新进行爆破设计以把诱发振动减少到可以承受的程度，确保地表建筑物的安全。

2.地层变位的防治措施

2.1隧道自身防治措施

在隧道施工过程中，所有在隧道内采取的用来减小地层沉降的措施，都是隧道自身的防治措施，具体的有：

（1）施工方法的选择。为缩短断面封闭时间，通常对大直径隧道要限制隧道开挖面的最大尺寸，如全断面法改为超短台阶法，或将横隔断墙法改为交叉中隔壁法。

横隔墙施工方法是通过中隔墙施工把开挖分为几部分，从而加强地层结构的稳定性。交叉中隔壁法会对基底隆起产生更好的阻力，并且在整个开挖深度内，对墙的运动提供附加的约束。断面封闭时间短，在岩土体中形成拱结构，都可以抑制地层的弹塑性变形[4]。

（2）缩短开挖进尺。为了减小地层损失，浅埋暗挖法开挖隧道中，围岩“支护曲线”与“支护结构补给曲线”表明：假设在相同刚度的支护结构下，时间越早，支护结构与围岩达成最终应力平衡时间则越短，即支护结构参与围岩土体相互作用时间越快，从而就能更好的控制围岩纵向变形大小与横向变形范围。因而隧道施工初期支护必须贯彻“宁强勿弱”“宁早勿迟”的作业指导方针[5]。

（3）预衬砌法。预衬砌法在隧道外周形成一个连续的、刚性很大的拱壳。属于增强地层结构，从而减小地层的弹塑性变形。

（4）掌子面加固及核心土留设。掌子面超前加固和预留核心土为对掌子面施加支撑，以减小地层运动。其中，当工作面留设核心土时，工作面的土体易于维持三应力状态，使工作的大、小主应力的分布得到显著的改善，从而保证工作面土体的稳定。工作面留设核心土，能够明显的抑制向隧道内空运动的水平位移。

工作面核心土的留设不仅能有效的降低松弛区的范围，而且能够在工作面前方产生压密区[5,6]。

（5）严格控制超挖。

2.2地层技术处理措施

地层技术处理措施，包括所有通过提高或改变地层响应，从而减小或者改变隧道施工产生的地层运动的方法。常用的辅助工法有：注浆加固（小导管超前注浆、大管棚+小导管超前预注浆、密排大管棚注浆）、仰拱超前、旋喷或搅拌加固、冻结加固等，具体有：（1）大管棚＋小导管超前预注浆

长管棚结合小导管注浆和掌子面超前预注浆法：是在隧道拱部打设长管棚和小导管注浆，对拱部进行加固和超前支护，并对隧道掌子面的地层进行注浆改良，然后在管棚和加固拱圈的保护下进行开挖、支护与衬砌。该方法在软弱地层浅埋隧道施工中也能有效地控制地面沉降，且技术成熟，在地下工程中应用较为普遍，广州地铁区间隧道施工中已有应用[6]。

（2）软弱围岩仰拱超前

仰拱超前法是先开挖隧道的下部，在隧道中部打入长管棚和小导管进行注浆，对下导坑拱部进行加固和超前支护，并对隧道掌子面的地层进行注浆改良，开挖、施作下部初期支护；然后在隧道拱部打入长管棚和小导管进行注浆，开挖、支护隧道上部，该法主要是为了避免初期支护拱脚落拱产生的沉降。

（3）水平旋喷

采用水平旋喷桩加固，以改善地层物理力学性质。水平旋喷的原理同竖直旋喷，只是将钻杆水平钻进行旋喷注浆。它利用钻机钻孔，然后把带有喷头的喷浆管放至地层预定的位置，用从喷嘴出口喷出的射流（浆或水）冲击和破坏地层。剥离的土颗粒的细小部分随着浆液排除，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力、和重力的作用下，与注入的浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律地重新排列，在土体中形成固结体。水平旋喷适用于软土、粘性土、黄土、砂类土、砂砾卵石层等。水平旋喷直接用射流破碎土层，在破碎范围内固结体质量能够保证。加固方法为：大跨隧道施作φ600水平旋喷桩加固，并插入φ42 钢管（增

加其刚度）超前支护；反之用φ600 水平旋喷桩加固[7]。

（4）冻结法

冻结法是利用人工制冷技术，在洞室周围的土层中降温，形成一个封闭的具有一定强度和稳定性的冻土帷幕，然后在冻土帷幕的保护下进行隧道开挖、支护与衬砌，待衬砌支护完成以后，再逐步解冻，最终恢复到原始状态该方法。该技术有冻结地层强度高、封水效果好、适应性强、安全性和整体性好、环保等等诸多优点，该法尤其在软弱地层浅埋隧道中防塌、防沉效果好，是最安全稳妥的辅助工法，并已在北京、上海地铁中成功应用。冻结法作为一种特殊的施工技术,防水和加固地层能力强,又不污染水质,特别适用于涌水、流沙、淤泥等复杂不稳定地质条件下的土木工程施工[8]。但冷冻需要大量氟利昂,会造成环境污染,且冷冻工期长,造价昂贵, 后期混凝土结构施作困难、解冻后对地层和结构影响大,并且冻结过程中的冻胀现象与解冻过程中的融沉现象不易控制，应用较少。

（5）高压劈裂注浆

该种加固方法比较适宜在渗透性差的软流塑淤泥质粉质黏土地层中实施。是高压将浆液强行挤压进地层，压密孔洞周围土体，使土层劈裂即土体内突然产生网状裂缝，浆液填充并凝结于裂缝中达到挤压加固土体的目的。但是目前类似工程实例较少，技术不成熟，有参考价值的工程更少。因此在该加固方法中需研究确定加固的原理、可行性、加固范围与扩散半径、注浆压力、注浆量、浆体材料和配比、注浆效果等。

（6）加强超前注浆和回填注浆

该施工方法是在隧道拱部开挖前，加强超前注水泥－水玻璃浆液，喷混凝土封闭后，滞后掌子面3~5 米进行拱部、边墙、底部背后回填注浆，控制开挖面的土层流失，是隧道结构与周围土体密实，从而对减少地层损失，控制地层沉降。

3.建筑物的加固措施

常见建筑物加固措施种类

常见的建筑物的加固措施主要有以下几个方面：

（1）建筑物的跟踪注浆

跟踪注浆是指在隧道施工中根据现场监控量测结果，当建筑物倾斜超过警戒值时，对建筑物基础底部土体进行注浆加固。建筑物的跟踪注浆加固适用于独立基础或条形基础的多层建筑物。根据现场监控量测建筑物的倾斜值，以适当的压力和流量，向建筑物的基础下及时地进行分层灌注快凝浆液，以调整建筑物的不均匀沉降并减少沉降量。

（2）建筑物的隔离（隔断法）

隔断法是在已有建筑物附近进行地下工程施工时，为避免或减少土体位移与沉降变形对建筑物的影响，而在建筑物与施工面之间设置隔断墙予以保护的方法。对于暗挖隧道而言，建筑物必须在隧道的范围以外。

隔断法可以用钢板桩、树根桩、深层搅拌桩、注浆加固、旋喷桩等构成墙体[9]。墙体主要承受施工引起的侧向土压力和地基差异沉降所产生的负摩擦力。（3）建筑物基础托换对建筑物基础进行钻孔灌注桩、人工挖孔桩或树根桩加固，将建筑物荷载传至深处刚度较大的地层或隧道底部隧道开挖影响以外的地层，以减小基础沉降幅度。不同位置下对建筑物的加固措施分贝如下：

3.1隧道从地面建筑物的一侧穿过时

当隧道从地面建筑物一侧穿过时，主要考虑以下两种措施：

（1）主楼与隧道之间进行旋喷桩加固

工艺流程：管线探测—定位孔—钻孔—放置喷浆管—制浆—喷射浆液—提升旋转—成桩结束—移至新孔位。施工时，按照设计要求制备浆液，并且准确测量浆液的密度，高压灌注采用425号普通硅酸盐水泥，根据灰浆浆液的密度适当调整水泥加入量，浆液密度在1.65~