淺析盾構施工對地表及鄰近建筑物影響和措施

王少勇

（中鐵三局集團廣東建設工程有限公司，廣東 廣州510000）

0 引言

隨著我國城市人口的不斷擴大,修建地鐵越來越成為大中型城市緩解交通壓力的首選。然而由于城市的建筑物比較密集,修建地鐵不可避免地會對周圍土體及鄰近建筑物產生一定影響,即使采用比較先進的盾構法開挖。因此在這種情況下,如何把對鄰近建筑物的影響降到最低限度,是地鐵施工過程中出現的一種不容忽視的新問題和新趨向。

1 盾構施工引起地表及鄰近建筑物沉降變形因素

理論分析和大量的工程實踐經驗證明，盾構施工引起地表及鄰近建筑物沉降變形的因素很多，如地質條件、覆土厚度、施工方法、施工管理、地層損失等，主要原因是施工過程中的地層損失、地層原始應力狀態的改變、襯砌結構的變形、土體的固結和次固結作用。這些影響地表及鄰近建筑物沉降變形的各個因素并不是孤立的，而是相互影響的。

1.1 施工方法

不同的地鐵隧道施工方法對地層的擾動機理不同，從而對鄰近建筑物產生的影響也不同，即使是同一種施工方法，也存在許多影響地表和建筑物沉降變形的因素。盾構法包括敞開式、氣壓平衡、土壓平衡、泥水平衡等，在選擇盾構機時，應該以保證開挖面的穩定為原則進行選擇。不同盾構機對地層的適應情況不同。在軟土地區，一般情況下，泥水盾構通過泥水壓力與水土壓力平衡，泥水壓力容易控制，有利于開挖面的穩定，比土壓平衡盾構更有利于地表沉降控制。敞開式盾構一般在開挖地層能自穩時采用。

1.2 地層條件

由于不同地層其力學性質、透水性等差異很大，工程施工對其擾動程度、失水固結等引起的地表及周圍建筑物沉降差異很大，隧道所處的地層條件對地表沉降的影響也很大。在地層條件較好時，如可塑、硬塑黏土地層、中等密實以上的砂土地層、軟巖地層等，開挖面的斷面收斂、地表沉降的大小和分布也較容易控制；在軟土地區，由于軟土層的強度低、地下水位高，開挖面自穩能力差，一般需要采用特殊的輔助施工措施，才能保證開挖后隧道斷面的收斂值得到控制，使開挖引起的地表沉降限制在允許的范圍內。因而，地層條件不僅影響地表及周圍建筑物的沉降值，而且直接影響著地鐵隧道施工方法的選擇。

1.3 覆土厚度

地下鐵道工程設計階段一個重要的技術問題便是確定合理的埋深，地鐵隧道埋深受多種因素的制約，隧道使用條件、運營功能、工程地質條件、巖土體一支護系統的穩定性等都必須在隧道合理埋深中加以考慮。一般情況下，地表最大沉降值與隧道埋深為非線性關系。當隧道埋深增大時，地表最大沉降值減小。因此增大隧道埋深有助于減小地表沉降，對地表設施及鄰近建筑物的保護有利。

1.4 地下水作用

開挖前進行了降水施工，施工過程中，士體失水固結產生沉降。同樣在開挖捧水后，造成地下水因壓力差的存在不斷滲出，使地層失水。土層孔隙及節理裂隙固結收縮，引起地層、地表的沉降。根據施工經驗，地層的持續失水是引起地層變形、地表沉降的重要原因之一。

1.5 結構斷面大小

結構斷面的大小對于地表及周圍建筑物沉降變形的影響非常顯著。一般情況下，開挖跨度大、施工作業時間長，對土體擾動就更嚴重，引起地表及周圍建筑物的變形就越大。

1.6 施工管理

隧道施工引起的地表及周圍建筑物變形的因素有些主要在設計階段進行控制，如線路設計確定后，施工過程一般很難改變，地層性質、結構斷面大小、覆土厚度等，但特殊情況下，可以采用輔助施工措施來改變地層性質、地下水位、覆土厚度等，如降水、冷凍、注漿、覆土回填等。其中施工方法、支護形式、地層損失、地下水位下降等因素在施工過程中，可通過加強施工管理進行控制。對于盾構施工，在推進過程中也可加強施工管理來控制地表的沉降，如保持推進量與排土量平衡，控制壓力艙壓力，防止蛇行、控制曲線超挖等。

2 地層及鄰近建筑物處理措旋

在地層中引入結構單元，可加強地層結構。這種結構單元不是在建的地鐵隧道的一部分。結構單元通常通過以下方式減小地鐵隧道盾構施工對鄰近建筑物的影響：提供地層剛性反應因而減小地層運動大小、在被保護建筑物與運動源間提供約束。對地層及鄰近建筑物處理措施主要包括隔離樁、隔斷墻、地層注漿、基礎托換、建筑物結構加固等等。

2.1 隔離法

在建筑物附近進行地下工程施工時，通過在盾構隧道和建筑物間設置隔斷墻等措施，阻止盾構機掘進造成的土體變形,以減少對建筑物的影響。避免建筑物產生破壞的工程保護法,稱為隔斷法。該法需要建筑物基礎和隧道之間有一定的施工空間。隔斷墻墻體可由密排鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁和樹根樁等構成，主要用于承受由隧道施工引起的側向土壓力和由土體差異沉降產生的負摩阻力，使之減小建筑物靠盾構隧道側的土體變形。為防止隔斷墻側向位移，還可在墻頂部構筑聯系梁并以地錨支承。

2.2 土體加固

土體加固包括隧道周圍土體的加固和建筑物地基的加固。前者通過增大盾構隧道周圍土體的強度和剛度,以減少或防止周圍土體產生擾動和松弛。從而減少對近鄰建筑物的影響,保證建筑物的正常使用和安全。后者通過加固建筑物地基,提高其承載強度和剛度而擬制建筑物的沉降變形。這兩種加固措施一般采用化學注漿、噴射攪拌等地基加固的方法來進行施工。當地面具有施工條件時,可采用從地面進行注漿或噴射攪拌的方式來進行施工當地面不具備施工條件或不便從地面施工時,可以采用洞內處理的方式,主要是洞內注漿。例如上海市的下水道主干線工程中,采用外徑為的土壓平衡盾構,通過洞內注漿的處理方式,順利通過了臨近橋臺的基礎樁,且把最終沉降成功地控制在要求的內。

2.3 建筑物自身措施

對鄰近建筑物應進行以下幾方面的工作：

（1）鄰近建筑物的現狀評估和安全性評價，由此可確定出鄰近建筑物的沉降和變形控制標準以及建筑物所能承受的極限變形值。

（2）進行施工附加影響分析和評價，由此可確定出合理的施工方案。

（3）考慮大隧道開挖對地層影響的時空效應，依據地層和結構的變位分配原理，初步擬定相應施工方案下鄰近建筑物變形及穩定性控制方案并實施。

（4）監測及反饋。基于信息化施工的原理，通過監測結構與既定控制方案的對比，可及時對施工方案和控制標準進行調整，以及在必要時對地層和結構進行加固，以達到預期的目標。

（5）待施工完成后應對鄰近建筑物的損壞狀況進行檢測和評估，并據此制定恢復方案和具體措施，包括恢復的必要性、恢復程度以及工后沉降和變形的預測等。

3 結語

在不同地層條件下，盾構隧道施工對地表和建筑物的影響有著不同的規律，弄清典型地層條件下盾構施工對地表沉降和建筑物的影響規律，提出相應的保護措施，對于地表沉降和建筑物的安全以及盾構施工質量的提高都有很重要的意義。

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