盾構近距離穿越高架樁基的施工影響與保護措施

劉延生

摘要：伴隨著城市化進程的快速發展，城市中的高層建筑以及高架橋梁等不斷涌現，而這些建筑項目大部分采用的是樁基礎形式。同時加之地下空間以及選路選線等因素的影響，使得在進行隧道開挖的過程中經常需要從既有樁基的周圍穿越，而盾構隧道在開挖的時候，會導致地層移動作用于樁身上，進而影響到樁基的承載性能以及上部結構的穩定性。因此探討盾構隧道開挖時對臨近樁基的施工影響以及保護措施極為必要。

關鍵詞：盾構隧道；近距離穿越；高架樁基；施工影響；保護措施

一、盾構機的種類及盾構施工基本原理概述

1.盾構機分類

目前，盾構機種類繁多，一般可根據平衡開挖面前方水土壓力方法的不同將其大致分為土壓平衡式、泥水加壓式、壓縮空氣平衡式、機械支撐穩定式、敞口開胸式以及混合式等幾種類型。到目前為止，從盾構機使用數量及使用范圍來說，土壓平衡式和泥水加壓式盾構機較為常見。其中泥水加壓式盾構機主要由盾構機殼、開挖部分、推進部分、送排泥漿部分、拼裝機構和其他一些附屬裝置組成，其常被應用于含水率較高的軟弱土質中，土壓平衡式盾構機是一種在泥水加壓式盾構機的基礎上開發的新型盾構機，同樣主要由盾構機殼、開挖部分、推進部分、排土部分、拼裝部分和一些附屬裝置組成，但其常被應用于在沖積粘土、砂質土、砂、砂礫、卵石等地質中的施工。另外，泥水加壓式盾構機工作效率要明顯高于土壓平衡式盾構機。

2.盾構法施工的基本原理

①在盾構隧道開挖的起始端和終端分別建立一個工作井；②盾構機的各個部分被安放在工作井內，然后安裝就位；③將盾構機放置于工作井后壁前方，依靠千斤頂的推力，將盾構機從起始工作井的墻壁開孔處推出，進入設計軸線；④盾構機在沿著設計軸線推進的同時，不斷利用掘進部分的輸送設備將開挖掉的土體運送出隧道，利用龍門吊車將土體從工作井運到地面處理，并及時安裝襯砌管片；⑤在安裝襯砌管片期間，需通過盾構機周圍預先設置好的注漿管及時地向襯砌周圍空隙注漿，以固定襯砌環位置，補充地層損失和防止地層移動；⑥盾構機完成預定區間工程的施工，進入終端的工作井，之后被拆除或者再繼續向前推進。

二、盾構近距離穿越高架樁基的施工影響

1.地層變形與樁基相互作用關系

第一，由于盾構隧道施工參數以及支護設施參數的改變，隧道施工時將不可避免地擾動周圍土體，這些原來處于穩定狀態的土體的物理力學性質及應力場將發生改變，平衡狀態被打破，進而導致其發生變形，從而其自身將對這種改變進行調整，一直到新的應力場平衡狀態出現時地層變形才會終止。第二，盾構隧道施工產生的地層變形傳遞到既有建筑樁基周圍，樁周土體的物理力學性質和應力場也會發生變化，進而導致樁側摩阻力和樁端阻力發生變化，樁基承載力降低，進而使樁基產生一定的沉降。第三，樁基產生沉降之后，沉降必定逐漸傳遞到上部結構物，而當上部結構的在同一基礎中的不同樁基產生不同程度的沉降時，即出現了差異沉降，其將導致上部結構出現較大的附加應力，進而引起局部開裂等工程問題。另外，上部結構剛度對樁基的內力改變也有一定的約束作用，在一定程度上會減小樁基沉降。

2.樁間差異沉降對建筑物安全性的影響

所謂樁間差異沉降，對于單樁基礎而言是指相鄰兩單樁之間的沉降差，而群樁基礎的樁間差異沉降則是指樁群內各基樁之間的沉降差。在隧道施工過程中，無論穿越單樁基礎，還是群樁基礎都應重點控制樁間差異沉降，這樣才能有效地保證上部結構的安全使用。樁間差異沉降對上部建筑物產生附加應力的危害時，其中剛性基礎比較敏感，一旦總應力超過結構強度的安全儲備時，結構將會發生開裂和破損；對柔性基礎來說，也會使上部結構發生扭曲或者變位，但程度較小。

三、盾構隧道臨近建筑物樁基施工時的對策

1.樁間差異沉降的控制措施

施作鉆孔灌注樁和復合錯桿樁能夠有效減小地表沉降，自身吸收了盾構開挖所產生的大部分變形，緩解了橋梁樁基周圍土體的擾動，對既有建筑結構及軌道結構的影響通到了良好的保護作用；同時施作復合錨桿樁對既有結構保護的效果更佳。

2.盾構隧道臨近建筑物樁基施工的技術措施

2.1盾構隧道臨近建筑物施工的監測

①監測原有建筑物的裂縫寬度、傾斜度和沉降量；②建筑物周圍地基土體的監測，包括水土壓力、土體變形的監測；③對盾構機施工參數進行監測，包括盾構機施工姿態、土倉壓力、出土率、注漿填充率和注漿壓力等的監測。必須在盾構機到達前15天完成監測的測點布置工作。監測的頻率應視變化值確定，在盾構機頭到達前1天和盾尾脫出后3天為監測的重點時段，在該時段內應增大監測頻率。另外，監測信息必須及時地反饋給盾構隧道施工單位和工程監理單位。

2.2盾構隧道臨近建筑物施工的加固措施

（1）對建筑物實施加固措施

對建筑物本體進行加固，可以通過加筋、加固墻、設置支撐等來直接對建筑物上部結構進行加固，也可通過加固樁，錨桿等對建筑基礎進行加固。實際工程中需要根據建筑物的結構和基礎特點選用相適應的方法。

（2）對地基實施加固措施

①加固盾構機周圍的土體，防止周圍土體松弛和擾動，進而控制盾構上部地層的變形；②在建筑物與盾構隧道之間，施工隔離帷幕排樁，隔離因盾構機掘進而引起的地基變形；③加固建筑物的地基，提高地基自身強度和承載力，控制建筑物沉降。①、③措施一般采用注漿加固、攪拌樁、旋噴樁等加固地基土質的方法。而對于②措施，則主要針對盾構機側穿建筑物的情況。

（3）對盾構施工參數實時控制的措施

盾構隧道施工是一個動態的過程，所以對施工參數要進行實時控制。通常來說，盾構施工參數主要有：①切口泥水壓力（[Pt]）。可以根據公式[Pt=kγH/1000]（其中：Pt為切口水壓實際設定值，MPa；k為側向土壓力系數 ；γ為土體容重，k N/m3；H為地表至隧道中心埋深，m。）對土壓力進行初步設置，實際土壓力設定值再根據沉降數據值及土層分布及隧道埋深情況進行微調。②掘進速度：根據施工經驗，在穿越區施工過程中，設定盾構掘進速度為1.0cm/min。③盾構姿態：直線段穿越過程中，盡可能使盾構勻速、直線通過，做到勤糾、少糾。推進時多注意觀察管片與盾殼的間隙，采用穩坡法推進，以減少盾構施工對樁基及上部結構、地面路面的影響。在曲線段施工，利用盾殼注漿孔，在曲線外側進行注漿，及時補充超挖引起的地層損失。同時，漿液硬化后可以在曲線外側給盾構機一個側壓力，使盾構機頭部向曲線內側偏轉。④同步注漿。施工中對注漿點進行壓力、注漿量雙參數控制，保證填充效果。施工過程中確保注漿管通暢，壓漿量和壓漿壓力視地層變形監測數據作相應微調。⑤泥水指標。例如在淤泥質黏土、粉質黏土中，由于這些土層的自造漿能力比砂性土強，故進泥密度可以適當降低。⑥控制隧道上浮措施。為防止隧道上浮，還應適時施工隧道內部結構，如“口”子件、隧道兩側下部牛腿及車道板等，增加隧道自重荷載，從而抑制隧道上浮。

總之，盾構隧道在具體施工過程中，不可避免的會臨近建筑物的樁基周邊的土體產生一定的擾動作用，進而對樁基的安全性和穩定性等產生不利的影響。針對此類現象，文章提出了控制差異沉降的的措施監測以及加固保護技術措施，期望對類似工程能夠提供借鑒和參考。

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