地鐵隧道盾構法施工技術對鄰近建筑的影響及對策

楊開艮

摘 要：隨著經濟的發展，我國城市化水平不斷提高，城市交通擁堵是人們面臨的一個難題，而修建地鐵是緩解交通壓力的有效途徑，因此我國加大對地鐵的修建力度。盾構法是修建地鐵時常用的方法，因為在修建過程中會穿過鬧市區或者建筑物等，這種方法屬于暗挖施工法，但是仍然會擾動周圍土體，如果施工不當，會引發一系列事故，比如地面下沉、隧道破壞以及鄰近建筑物倒塌等。

關鍵詞：地鐵隧道；盾構法；地面沉降

我國城市化進程不斷加快，交通壓力日益突顯，城市軌道交通的建設可顯著緩解交通壓力。城市軌道交通的修建存在一定難度，它通常穿過城市中心地帶，建筑物分布較多，再加上地下管線錯綜復雜，無形中加大施工的難度。盾構法對地層的適應性較強且影響小，是城市地鐵修建過程中常用的方法。但是在具體施工過程中，不僅要考慮盾構隧道自身的安全，還要考慮到其在推進過程中對周圍事物影響。盾構法施工不可避免的會對地層造成影響，當引起地層嚴重變形時，會危及鄰近建筑物。在使用盾構法施工過程中，要及時采取措施，將對周圍建筑物的影響降低到最小。

1 盾構施工法簡介

盾構施工法是修建地鐵隧道常用的技術，它是原理是使用盾構機在地下進行挖掘，在防止開挖面坍塌的同時進行開挖和襯砌作業，最終構筑成隧道。盾構施工法有三大要素組成，穩定開挖面、襯砌以及盾構機挖掘。

盾構可以按不同的方式進行分類，按照形狀可以分為圓形、馬蹄形以及矩形等。圓形盾構機的應用較為廣泛，因為它對地層中土壓力和水壓力的抵抗作用大，再加上襯砌拼裝較為簡單，構件易于更換，因而使用廣泛。按照開挖方式，可以分為手工、半機械和機械挖掘式。按照盾構前部構造可以分為敞胸和閉胸式。

盾構施工法是利用盾構機在地面以下挖掘隧道的施工方法，盾構是一種活動鋼筒結構，它可以支撐地面壓力，同時也可以在地層中掘進。鋼筒的前端配有開挖和支撐土體的設備，中段安裝千斤頂，尾端的設備主要用于拼裝預制，也可以現澆隧道襯砌環。盾構掘進一環的距離便拼裝一環襯砌，并將砂漿壓注到環外的空隙中，防止隧道和地面下沉。襯砌環承擔盾構機掘進過程中的反力，修建地鐵前，需要先修建一個豎井，將盾構安裝在豎井處，方便將開挖出來的土體由豎井送到地面。

2 地鐵隧道盾構法施工技術對鄰近建筑物的影響

地鐵隧道通常經過人流密集、建筑物密集的市中心，在修建隧道時要保證周圍的建筑物能夠正常使用，不能出現過度的側移或者沉降。與此同時，路面的交通要正常同行。盾構法的在施工過程中有很多優勢，比如施工安全快速、防滲漏水性良好，再加上對周圍環境的影響小，因此在地鐵修建中得到廣泛應用。地鐵隧道在開挖過程中，不可避免的會影響到周圍的建筑物，引起建筑物的沉降，這和開挖的方法和過程有關，同時與建筑物的結構以及基礎也存在聯系。

2.1 建筑物結構內力分析。建筑物的受力部分主要是梁和柱，對建筑物的內力進行分析，主要是監測面向隧道開挖側的頂層與第一層梁的彎矩、軸力以及剪力，開挖側多對應的柱子軸力變化。通過對隧道周圍建筑物結構內力的分析，可以得出以下結論：

當建筑物與隧道縱向平行時，在開挖推進過程中，樓板梁的彎矩和剪力以及柱子的軸力隨之減小，表現為卸載。

在開挖推進過程中，背向開挖側樓板梁的彎矩、剪力以及柱子軸力增加，表現為加載。

地層梁柱的內力增幅或者減幅較頂層大，變化更為劇烈，頂層梁柱的內力在開挖過程中受到的影響較小。

2.2 隧道掘進方向上的地表沉降分析。隧道在開挖過程中，地表沉降呈現動態變化，通過監測可知：

隧道掘進過程中，隧道中心位置沉降值最大，變化迅速。隧道的開挖面離建筑物有一定距離時，建筑物的基礎底部已經發生沉降現象。開挖面離建筑物越近，沉降的幅度越大，建筑物基礎底部的沉降差異隨之加大，但最大沉降仍在隧道中心處的位置。通常情況下，隧道中心兩側的沉降不對稱，這和建筑物的剛度以及自身的重量有直接關系。

地表沉降是影響建筑物穩定性的重要因素，因為它對建筑物的基礎造成很大的破壞。盾構施工造成的沉降類型有初始沉降、團結沉降以及盾構通過時沉降和盾尾沉降。地表沉降的成因是盾構施工降低地下水位，導致有效應力增加而孔隙水壓力變小，再加上盾構推力的作用似的反力增加而造成。施工擾動、注漿不足或者有殘余都會造成地表沉降。地面沉降過大會造成建筑物的嚴重破壞，甚至出現倒塌引發事故。

3 地鐵隧道盾構法施工技術對鄰近建筑物的應對措施

3.1 盾構施工控制。主要是優化施工的參數，從源頭采取措施控制掘進過程中對土層的擾動，最大限度降低對建筑物的影響。對地鐵隧道沿線鄰近建筑物的保護，應主動采取措施，防患于未然。施工前，優化施工參數，通過對地面以及建筑物的預測，制定合理的施工參數；施工過程中，可以借助信息化技術，控制地層變形，將對建筑物的影響降到最小。

開挖面的土壓力：應根據覆土厚度設定施工參數，保持開挖面土壓力的平衡，在一定程度上減少土體的坍塌、變形。

盾構推進的速度：根據地質條件選擇不同的速度，以使土體受到切削為佳，不能造成土體擠壓。在掘進過程中重視對速度的調整，降低前倉壓力的波動。

壁后注漿：在注漿過程中要設置的參數有注漿的材料、時間、壓力以及注漿量。注漿材料的稠度值為10.5～11.0，選用性能優良的材料。從理論上看，注漿壓力只需使入口的壓力大于該處水土壓力之和，但實際注漿量通常大于預計量，因此要重視注漿量的計算。

3.2 加固地層。

隔斷法：盾構掘進前，在施工面與建筑物間設置隔斷墻，減少土體的沉降與位移，避免施工對建筑物造成嚴重破壞。隔斷墻由鋼板柱、樹根樁或者對地層注漿加固等組成，主要用于承受土壓力和沉降的阻力，防止建筑物發生變形。

注漿加固地基：對建筑物的地基注入固結材料，使空隙得到加固，防止施工過程中出現土體松散坍塌，避免地基變形以及出現沉降，防止建筑物出現大幅度的破壞。

基礎托換法：這種方法費用較高，并且對施工的技術要求很高。主要是事先在隧道兩側設置新樁基和承載梁，用以替代原有的，這種方法可以防止建筑物大幅度變形，效果較好。

3.3 加固建筑物本身。對建筑物本身進行加固，主要通過提高建筑物的結構剛度完成，具體方法如下：

增大截面法：對建筑物的土梁、板或者柱子進行混凝土外包，起到加固的作用，加固磚墻可以增設磚扶壁柱。這種方法可以增大建筑物構建的剛度，提高其承載能力，防止建筑物構件的變形。

外包鋼法：用高強度的鋼或者鋼板包裹在建筑物構件或構件周圍，提高建筑物構件的性能。這種方法是在不增加構件截面的基礎上提高構件的承載力，適用于混凝土結構的建筑物，增強構件結構的剛度，最終起到加固建筑物本身的效果。

參考文獻

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