地鐵盾構中隧道下穿建筑物的施工技術

孫坤

中國水利水電第七工程局有限公司 610081

摘要：隨著城市化進程的推進，地鐵將是人們出行不可或缺的工具，在市區進行盾構隧道掘進施工，不可避免的要穿越既有建筑物，如何在不影響現有建筑物正常使用的情況下順利的進行施工是不可回避的問題，如何控制地面變形沉降也將是控制建筑物變形的關鍵技術。文中結合某地鐵工程盾構下穿某區為例，通過數值模擬和試驗重點研究地鐵盾構隧道穿越某區可能導致的各類風險源和可能引起的地面沉降，對盾構隧道穿越建筑物的風險和地面沉降變形控制技術進行分析，將地面變形控制在允許范圍內以保證建筑物的正常使用。同時總結本次施工經驗，希望對相同施工方法的盾構隧道起到一定的借鑒作用。

關鍵詞：地鐵盾構隧道；下穿隧道；沉降

近年來，隨著我國城市化進程的加快，我國的大中城市越來越多，各城市都在竭力打造立體的現代化交通體系，城區范圍內地鐵隧道成為重要的選擇并呈蓬勃發展之勢。然而，城區范圍內地下各類管網密布、地面沿線商業發達，多為建筑物密集的繁華地區，人流量大、交通繁忙，區間隧道施工環境十分復雜，常常面臨近距離穿越既有隧道和管線、鐵路站線、建筑物基礎和橋墩基礎等不利情況。經過長期的工程實踐和研究探索，我國在使用盾構法施工地鐵隧道方面已經積累了相當豐富的經驗，有較為完備的盾構隧道施工理論。本次盾構施工下穿某區，區內多為老舊磚混房屋，盾構施工將會對區內建筑物產生較大的影響，如何能在確保建筑物正常使用的情況下保證盾構施工的順利進行將是本文研究的關鍵問題。

1、工程概況

某地鐵工程某區間左線總長1，073.934m，右線總長 1，084.8m，區間從北向南敷設，下穿某小區，采用盾構法施工，區間結構覆土厚度12～20m。穿越樓房共 9 棟，全部為居民區，另外還有平房，磚墻，條形基礎，既有裂縫多，破損嚴重，外表脫落嚴重。覆土從上至下依次為：雜填土、粉質粘土、粉細砂、粉質粘土。隧道拱頂位置均為粉細砂層。隧道穿越范圍為：粉細砂、粉質粘土層。

圖 1 區間下穿樓房斷面圖

2、盾構下穿樓房數值模擬

采用數值計算軟件進行數值模擬分析，并考慮圍巖與結構的共同作用以及左右盾構區間分開施工的影響。計算模型左右水平計算范圍均取區間跨度的 3 倍洞徑，垂直計算范圍向上取至自由地表，向下取區間跨度的三倍。其中圍巖計算采用摩爾-庫倫模型，考慮圍巖的非線性變形，而盾構管片的受力認為在彈性范圍內。區間主體采用全斷面開挖，開挖完成后施做管片，先開挖左側區間，之后在開挖右側隧道。開挖共分五步進行，分別是初始應力平衡計算、左側隧道開挖、左側管片施做、右側隧道開挖、右側隧道施做。

計算分析如下

2.1計算模型如下圖 2 所示

圖 2 盾構下穿樓房計算模型

2.2計算結構及分析

經計算，右部盾構開挖完成后拱頂上方地表最大沉降7.79m m，左部盾構開挖完成后拱頂上方地表最大沉降11.37mm。根據評估報告，不滿足沉降控制范圍，需要采取附加措施。要求對下穿建筑物采取了在隧道內深孔注漿加固措施。

圖 3 盾構開挖并支護完成后豎向位移云圖

3、隧道近距穿越建筑物誘發地層變形空間效應

3.1不考慮建筑荷載時數值模擬結果分析

為評估建筑物對隧道開挖引起地表附加沉降的影響程度，將該隧道穿越工程分別按不考慮建筑荷載和考慮荷載情形進行了數值模擬研究。以便將無附加荷載時區間隧道沉降與以往實測值等進行比較，以確保數值模擬真實地反映隧道開挖過程對該建筑物的影響。不考慮建筑物附加荷載時，沿隧道軸向及其邊緣處地表縱向沉降曲線如圖4；隧道橫向沉降曲線及地表水平位移的空間分布曲線如圖5所示。圖4和圖5表明：對于盾構隧道施工，即使確保盾構推進時與前方水土壓力相平衡，隧道開挖誘發地層變形的沉降槽依然存在，且呈現明顯的空間效應；沿隧道軸線方向的地表縱向沉降曲線，最大沉降值穩定值為14.8mm（圖5中線），而隧道邊沿位置地表沉降為12.7mm；盾構推進前方，無地表隆起。由圖5可見隧道后方離開挖面不同距離橫向沉降槽的空間分布特性：開挖面位置和盾構尾部隧道軸線上方地表沉降分別為3m和8.8mm，離開挖面20m和30m 處隧道軸線上方地表沉降分別為14.1mm和14.6 mm。由圖4、5對比可知，沿隧道軸線方向，離盾構開挖面達到30m時，地表沉降已基本趨于穩定。

圖4不考慮建筑附加荷載時地表沿隧道軸向沉降曲線

隧道軸線 隧道邊緣處

圖5不考慮建筑物附加荷載時隧道橫向沉降曲線

開挖面 盾尾 離開挖面 20m ④離開挖面 30m

3.2基礎允許沉降分析

數值分析表明，考慮建筑荷載時，當離開開挖面30m處時沉降已經基本穩定，地表沉降值17mm，在此橫剖面上，緊鄰隧道中心線的相鄰兩排柱基礎（中心距 7.8m）沉降差最大值為：D 1=（16.2-7.0）mm= 9.2mm。沿隧道軸線縱向剖面方向上，兩排柱基礎（中心距7m），自開挖面到離開