地铁区间盾构施工对周边浅基础建筑物的影响

地铁区间盾构施工对周边浅基础建筑物的影响

摘要国内外关于盾构施工对地表及邻近建筑物沉降的影响，已获得了较多的实践经验和理论成果，但是因盾构施工而引发的灾害事故近年来仍屡见不鲜[1]。特别是新建的地铁城市，必须要能正确地估计地铁区间盾构施工可能产生的地面变形，采取比较完善的相应措施，确保区间附近楼房、建筑物与地下管线等重要设施的安全。

关键词地铁；盾构施工；周边建筑物；地面变形

1 研究现状

王占生和王梦恕提出[2]，不同深度基础的建筑物受盾构施工不同程度影响，通过预测盾构施工对建筑物的影响，提出通过建筑物时的施工控制方法和通用工程处理措施。

施成华等[3]通过对桐油山连拱隧道浅埋段开挖施工引起的地表移动和变形进行了计算分析，并据此判断隧道开挖对地表住宅楼的影响和破坏程度。

姜忻良等[4]认为隧道附近的土体位移是由于土体的流失造成的，和背后注浆量之间的关系较大。根据土体损失和背后注浆量空间分布原则，采用镜像法原理，采用数值积分法分析隧道前进过程中土体的位移和背后注浆延后产成的位移，得出管片附近土体空间分布规律。

吴波等[5]通过土工离心机模型试验模拟隧道施工时对管线的影响，采用土工离心机，摄像机实时监控，并通过照相系统获取位移场，得出地表各测点的最终沉降位移一时间曲线。

本文通过对某市地铁某区间盾构穿越期间地表沉降数据和周边浅基础建筑物沉降数据进行监测，分析区间盾构施工对周边建筑物的影响，以及通过采取相关改进措施后浅基础建筑物地表沉降的变化。

2 盾构隧道对周边浅基础建筑物的影响

2.1 工程概况

某市地铁区间采用盾构法施工，该盾构区间上邻近建筑物有低层建筑物茶城、高压线塔等二级风险源，区间下穿高架桥一级风险源，侧穿多层民房二级风险源，区间穿越过程中通过对周边建筑物沉降和地表沉降进行监测，实时监控周边浅基础建筑物的安全状况，保证区间盾构安全通过风险源。

2.2 盾构区间周边建筑物及地表沉降原因

区间盾构施工对地表沉降、邻近周边建筑物的影响是多方面的，常见的有地质环境、覆土厚度、水位和施工方法等。

（1）地质环境：由于不同地层的力学性质、透水性等差异很大，盾构施工扰动、失水固结等引起周围建筑物及地表沉降差异较大，且隧道所处的地层结构环境对地表沉降影响也不可小觑。

（2）覆土厚度：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。

（3）地下水作用：开挖前进行降水施工，在施工过程中，土体可因固结失水产生沉降。

（4）其他因素：由于地下污水管线的长年泄漏，可能会产生地下空洞和地质异常区，当盾构施工到该位置下方时，可能会发生塌方事故。

（5）盾构工法本身对地层的影响因素有：①盾壳移动时与地层间的摩擦和剪切，引起地层损失。②盾构机开仓时后退使掌子面松动和塌落造成地层损失，引起地层沉降。③由于盾构推进方向的改变，使得实际开挖面轮廓大于设计开挖面，引起地层损失。④土体挤入盾尾的空隙。⑤土舱压力。当开挖面支护作用大于原始侧向应力作用时，正面土体会向上向前移动，從而导致盾构上方土体隆起，反之则会导致盾构上方地层沉降。⑥地质环境突变或操作失误使得开挖面土体流动急剧或崩塌造成不正常的沉降和地层损失。⑦受施工扰动产生土体固结。

2.3 区间下穿过程中，地表沉降数据和周边建筑物监测数据研究

为了保证地铁盾构区间安全通过重要的一级风险源、二级风险源，施工期间主要采取以下措施：

（1）盾构施工过程中通过对施工参数的优化，在盾构开挖源头采取有关措施来控制掘进压力，减少对周边土层的扰动，减小对建筑物的不利影响。如在盾构隧道施工过程中严控土舱压力，防止因开挖面的支护力与原始土体侧向压力相差过大而产生地层隆起或沉降；

（2）下穿高架桥时，通过对高架桥基础进行加固处理，采用袖阀管注浆加固桥梁基础以控制高架桥沉降；

（3）严格按设计图纸和监测规范进行数据监测数据控制，及时根据施工工况调整施工掘进参数；

（4）对盾构开挖土体使用泡沫剂进行改良，改善施工条件。通过采取以上相关控制措施，使得盾构下穿过程中地表沉降数据和周边建筑物沉降数据均稳定在控制值范围内，且变化较小。盾构下穿期间地表沉降最大值为-3.66 mm，和PECK曲线接近，控制阈值为±10 mm；建筑物沉降最大值为-3.83 mm，控制阈值

为±10 mm。证明优化掘进参数、地表加固、土体改良、每日的及时监测等措施对控制周边建筑物沉降和地表沉降效果较好。

3 结论

为了最大化减小盾构隧道对民房建筑物、高架桥、茶城等浅基础建筑物的影响，避免出现因盾构施工影响，造成地面建筑物墙体开裂、地基沉降过大等不利情况发生，针对其周边浅基础建筑物的特定条件，制定以下几个措施：施工前应加强地质勘查工作，防止漏勘，出现由于地下污水管线的长年泄漏，产生地下空洞和地质异常区，导致盾构施工到该位置下方时可能会发生塌方事故；盾构施工过程中通过对施工参数的优化，在盾构开挖的源头采取有关措施来控制掘进压力，减少对周边土层的扰动，减小对建筑物的不利影响。如在盾构隧道施工过程中严控土舱压力，防止因开挖面的支护力与原始土体侧向压力相差过大而产生地层隆起或沉降；加固隧道周围建筑物基础，如采用袖阀管注浆加固、高压旋喷桩加固、始发端和接收端采取端头加固处理等措施；土体加固。地面具备施工条件时，采用地面注浆或喷射搅拌的方式施工。地面不具备条件或不便从地面施工时，可以采用洞内注浆方式进行洞内处理；严格按设计图纸和监测规范进行数据监测数据控制。

参考文献

[1] 向瑞德.地铁盾构施工对邻近建筑物的影响与控制技术[D].北京：北京工业大学，2008：13.

[2] 王占生，王梦恕.盾构施工对周围建筑物的安全影响及处理措施[J].中国安全科学学报，2002，12（2）：45-49.