復雜地質下盾構掘進對周圍環境的影響分析

謝魯華

（中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

隨著地下空間的開發與利用，我國逐漸增加運用盾構工法的力度，相比較傳統鉆爆法，盾構工法的優勢在于能極好地適應各種地質條件、具有較高的安全性、很高的自動化、影響建筑的程度較小以及能很好地控制塌陷的地表等。應用盾構法成功的城市有深圳、廣州以及南京等，這項技術在我國的應用逐漸健全。

1 土壓平衡式盾構情況

土壓平衡式盾構的別稱是泥土加壓式盾構機、削土密封式盾構機，這種方式適用的區域是隧道的混合地層、軟土、硬巖以及軟巖，進行工程建設時采的方式是敞開、土壓平衡以及氣壓平衡，在進行操作時控制的方法可以是手動控制、自動控制，也可以是半自動控制。盾構機的系統包含自動導向，可以控制挖掘的方向，轉向比較靈活，同時糾正方向偏轉的作用也很好，可以保證誤差約20 mm。盾構刀盤結構具有刀具(滾刀、齒刀)的互換性和可更換性，所以，其具有更廣的適應能力，挖掘的進度以及區域的標準都由注漿系統來保障，從而保護附近的建筑以及對附近塌陷的土體進行控制。盾構的系統還包含注入膨潤土以及泡沫，還有空氣壓縮系統使渣土得到改良，對于地表的沉降可以有效控制，同時還可防止滲水[1]。

2 工程概況

這個區間的結構包含的隧道分為左右2個，通過3組平行的曲線進行分布，有800 m，1000 m以及1500 m的半徑，通常呈現的是V形的縱坡，3000 m是最大的縱坡，將豎曲線設置在變坡點處，通常3000 m以及5000 m為曲線的半徑，在（8～1.5）m的范圍內設置隧道。區間隧道建設的難點以及重點工程在于玄武湖以及金川河的穿越，5.5 m的內徑以及6.2 m的外徑是盾構法的要求，管片的標準是350 mm的厚度以及1.2 m的寬度。區間地貌屬于較為復雜地貌，然而現在經過時間的流逝以及人類的改造，成為了比較平坦的地勢，密集的廠房，地下水通常在（0.8～1.5）m的范圍內變化。這個地區的土具有較大的滲透系數以及較高的水位，該地層屬于中高壓縮性地層，具有較差的水文質地以及工程質地，同時伴隨著較為復雜的周邊環境，隧道建設的困難有很多，包含地下管線的大數量、建筑群的密集以及玄武湖以及金川河的穿越等。工程建設時盾構法具有促進作用，從而有力保護附近的環境，了解附近工程建設時土層的變化情況，提供有效的數據參考。

3 影響附近環境的盾構法

3.1 中間地層的損失是由于盾構法引起的

盾構法造成的土體位移通常分為3方面：淤地表位移是產生于盾構之前的。于盾構過程中產生的位移。盂結束盾構后產生的土體固結。若盾構屬于土壓平衡式，那么靜止時的壓力與未進行盾構之前的壓力相接近，所以具有較小的可能是地表位移產生于盾構之前的。位移較大的原因，有可能是因為盾構過程中盾尾的間隙關閉。土的種類決定固結沉降的型號，擾動土體的狀況可通過盾構機以及盾尾注漿的方式了解。固結沉降與時間有關，通常經過幾個月后才能穩定[2]。

3.2 影響建筑物的沉降

檢測結果顯示，盾構正常工作的區域地表沉降和建筑物沉降具有一樣的方式，圖1所顯示的是部分沉降房屋的情況，盾尾脫出管片的時期出現最大的沉降，沉降區域發生最大沉降的是軸線3 m左右，通常（-15～-25）mm范圍的是主沉降區，主沉降區之外通常是-10 mm以下的沉降，盾構進行時不會影響房屋，一般會在約-4 mm的區域進行沉降。此外，房屋具有較大的剛度，沉降就會較小，同時小于同方位的地表沉降。若地段特殊，比如漏油的油缸區域，就會出現-83.7 mm的沉降，例如軟流塑淤泥質粉質的黏土層，就會出現較大的沉降，這類地方的特點是靈敏度高、壓縮高，可以敏感地察覺擾動。盾構擾動以及房屋荷載同時出現的前提下，底層就會出現壓縮，再進行固結沉降的現象，增加地層后期的變化。面對這類的地層，就會增加控制進度以及盾構姿態的難度，減小影響變位的方法就是同步注漿，主要是因為地層呈流塑狀時，漿液就不能完全注入盾尾空隙，地面就會造成很大的損失[3]。出于特殊地段的房屋出現的問題有墻體裂開、墻皮掉落等，通過觀察，房屋出現裂縫，除了與沉降大有關系以外，與房屋本身的因素（年代、結構形式、基礎形式等）也密切相關。

3.3 影響地下管線沉降

圖1 房屋沉降與刀盤距離關系

排污管、煤氣管以及給水管是隧道附近的地下管線。正態曲線分布描繪的就是出現在橫斷界面的沉降，適應于地表沉降。淺埋地下管線時，地下管線的沉降可以利用地表沉降取代。同時地下管線具有較小的沉降。進行盾構時對區內管線沉降的影響比較大，對區外沉降的影響較小。圖2為煤氣管道沉降縱向曲線。

3.4 影響地下水位

圖2 煤氣管道沉降縱向曲線

開挖的形式可以是土壓平衡模式，幾乎不會影響地下水位，盾構的進度由水位的變化所影響，水位隨著盾構的進度產生的變化如圖3所示。圖3上部分顯示的側孔距離盾構刀盤較近，大約距離測點30 m的盾構切口會引起水位的變化，盾構切口未到達時，地下水位就會發生最大幅度地上升，通常處于43 m左右，這是因為設置的盾倉壓力太大，產生的壓密疏干效應作用于正面土體從而升高地下水位，在盾尾脫出以及盾構通過的時期，就會有（15～20）cm的水位下降。

4 盾構技術在復雜地質中的作用

4.1 盾構穿越軟硬不均地層

與地質情況相結合，首先對實際地質情況要了解，盾構方式可以是平衡模式或土壓平衡模式，改良渣土的方式可以是注入泥漿、泡沫，一定要重視控制姿態以及控制軸線的工作，比如超挖刀的合理利用，對千斤頂的及時修正、銜接千斤頂的合理利用等，從而達到控制挖掘進度、對軸線進行保護的目的[4]。

4.2 盾構越過砂層以及淤泥層段

為使盾構順利越過砂層以及淤泥層段，一般采用土壓平衡模式，對于出土量能嚴格把控，從而有效保障對土倉的壓力，使工作面穩定，地表沉降得到控制。盾構時添加材料，如將泡沫等注入到刀盤面及土倉中，使渣土的性能得到改變，從而將渣土止水性以及流動性提高，避免噴涌以及流沙現象出現。

4.3 盾構穿越球狀的風化地層

圖3 盾構掘進地下水位變化與刀盤距離曲線

花崗巖球狀風化，指的是球附近的巖體受到風化的影響，以及其自身的強度之間的差異較大，因此容易損壞道具，破壞刀盤，從而導致盾構發生癱瘓，面臨這些問題時，工程建設的主要措施包含：進行雷達探測，將預防作為主要工作，對于爆破深孔以及地表爆破等工作以前處理，對于掘進時的不尋常的情況或者過程中出現參數異常時，及時檢測有沒有遇到球狀風化巖體，若加大推力，就會停止掘進，此時應立刻停止工作，一定不能繼續工作，掘進風化巖體時轉速要高，速度要低，對于刀盤的受力以及刀具的檢測必須全程關注，保證其正常運行，若刀盤卡住，那么就需要將刀盤縮回，先進行調整，再進行工作，若滾動時刀盤和球狀風化巖體同時運轉，那么就要以附近的情況為基礎進行加固工作，然后繼續進行工作，若以上的辦法沒有效果，就需要進行人工處理[5]。

5 結束語

在盾構隧道上進行建筑時，需要著重考慮構建物的傾斜、沉降和建筑物所處的地層及沉降槽內的有關位置部分。構筑物因地基沉降而產生沉降和傾斜，對于基礎好、結構整體剛度大的構筑物，其不均勻沉降較小且危害小；對于基礎較差、整體剛度小的構筑物，易產生裂縫和結構性破壞。