盾構施工下穿既有建筑物沉降變形分析與控制

邱建民

摘 要：盾構隧道施工對下穿建（構）筑物施工變形預測。利用數值模擬手段對復雜地層中盾構側穿淺基礎建筑物的地表沉降進行了預測分析，分析了可能的沉降規律，并針對沉降規律給出了施工中控制建筑物及地表沉降變形的工程措施。基于此，本文主要探討了盾構施工下穿既有建筑物沉降變形分析與控制。

關鍵詞：盾構施工;沉降變形;超前探測;加固處理;數值模擬

引言

城市軌道交通不可預知因素多，如地面建筑物繁多等使得施工風險較多。城軌交通盾構施工安全風險影響因素多，對盾構施工安全風險的管控需要結合工程特點，分析盾構施工安全管理重點，從施工全過程進行安全風險防控。針對此，對地鐵施工中潛在風險源開展全面分析評估，并結合施工技術對重大風險單元給出有效控制措施，對于保障工程施工安全、提高經濟社會效益來說，具有重要意義。

1盾構施工安全風險分析

1.1施工現場地質條件影響

盾構施工中安全事故的發生首先和現場地質條件存在密切聯系，因為盾構施工面臨的地質條件并不是特別理想，往往較為復雜，進而也就會對于施工技術提出了較大挑戰，也比較容易在施工操作過程中出現安全隱患。雖然盾構施工前往往都進行了地質勘察，但是如果地質勘察不夠詳盡準確，和實際狀況存在明顯偏差，必然也就會導致相應盾構施工方案不夠合理，相關施工參數的設置不夠準確，在后續執行過程中也就會形成明顯威脅，難以保障施工安全。

1.2設備方面的風險隱患

盾構施工中盾構機及其相關機械設備的正常運行至關重要，如果該方面出現偏差問題，同樣也會造成安全事故發生。另外，盾構機方面的安全威脅往往還具體表現在各個零配件方面，因為相應零配件出現嚴重損傷或者不穩定運行現象，必然也就會影響到后續長期作業效果，尤其是對于主軸承以及刀盤刀具而言，任何細微偏差問題都很可能造成安全事故發生。

1.3施工風險控制管理待完善

目前我國施工的風險控制和管理仍處于完善和深化的階段，施工環境處于城市中，人流量大、地下管線錯綜復雜，同時施工是龐大和復雜的系統工程，協作要求強。目前我國的大部分施工企業風險控制管理的理念認知不一樣，導致管理者對于風險控制的意識和認識水平不同，所以存在著不同的風險管理思路和管理方法，在很大程度上導致風險管理不系統和不完善[1]。

2盾構施工下穿既有建筑物沉降變形分析與控制

2.1調查、評估

盾構下穿建筑物施工前，需調查沿線建筑物，相關人員要親自到現場做調研，并對施工人員進行技術交底，使其了解盾構與建筑物相對位置，同時還要在施工中加強巡視工作。在穿越前，要全面檢修盾構機系統等機械設施，以避免盾構穿越中機械設備故障停機。在現場勘察工作開展中，一般需要選擇專業的地質勘察隊伍，要求能夠對于項目涉及到的所有區域進行全方位勘察，重點了解土壤地質狀況以及地下水活動狀況，以此分析后續施工作業需要注意的各方面問題，同時采取相匹配的策略予以積極應對，從源頭入手規避各類安全事故發生。在盾構施工方案編制中，必然需要重點考慮和參考地質勘察結果，以便更好提升相應施工方案的可行性，確保后續各個施工工序更為合理科學[2]。

2.2施工前加固處理

依據對既有建筑物結構調查及評估報告和探地雷達探測報告，確定是否實施加固、處理以及實施的范圍。若有需要，可以采用雙液注漿技術及時對地層進行加固處理，抑制地層沉陷。

2.3優化施工參數

嚴格控制主要施工參數包括：扭矩、掘進速度、推力、開挖量、注漿壓力、注漿量，勻速緩慢掘進，減少對土體產生擾動，同時隨時掌握超挖、欠挖情況，及時發現問題，采取措施。同步注漿是控制地層豎向位移的重要措施，始發到達段的同步和注漿量一般控制在7～8方，盾構始發時，托架高程合理調高10mm，優先采用下部推進油缸，同時注意管片選型，選取有向上趨勢的點位拼裝，適當降低推進速度與增大土壓，推進過程中注意俯仰角的變化。

2.4推進加固措施

注漿預加固是當前最常用的加固方式之一，但 這種方法存在一定的局限性，那就是只對地層進行 注漿增強，同時輔以微擾動的掘進參數進行隧道的 開挖施工，此方法施工后的地表沉降值難以控制在 較小范圍之內，對于一些重要建筑物或者沉降要求 控制嚴格的重要部位（機場、高鐵、核工業等）， 則需要采取進一步的加固保護措施，方能達到安全 運營的要求。

2.5施工過程控制

（1）施工前預防措施

依據工程概況，理論計算和室內的試驗結果，結合100m試驗段掘進情況，確定盾構施工的關鍵參數，水的質量比為100∶450∶60∶600∶500。對盾構機及其配套設備進行全面、徹底的檢修，對可能產生的故障預先做好應急預案，確保盾構機24h連續、勻速推進或盡量縮短停機時間，減少因長時間停機導致建筑物產生沉降、裂縫等。配備充足的管理人員和施工人員，保證人不離崗。與施工物資供貨商簽訂協議，確保物資供應的連續性。將盾構機的姿態調整到最佳狀態，復測隧道內的測量控制網、地面控制點及井下測量控制點，確認無誤后，根據測得的盾構機姿態，將盾構機軸線誤差調整到小于10mm，保證盾構機以準確的姿態推進。

（2）施工中控制措施

盾構機掘進中，將軸線高程或平面偏差控制在30mm以內，避免不必要的大糾偏對周圍土體的擾動。結合對每環土樣的地質情況分析，及時調整掘進參數。嚴格控制出土量，防止超排，避免因此造成周圍存在空洞或形成地層隱患。采用同步注漿量和同步注漿壓力控制雙重控制標準，以確保節段后面孔隙填充的致密性。指派專人每天24h進行檢查，監測注漿量和注漿壓力，如果發現任何異常，根據情況采取適當的措施進行處理。

（3）施工后控制措施

繼續對盾構近接施工區進行監控量測，直至沉降速度≤5mm/d，發現異常狀況，立即采取措施進行處理。

2.6地面沉降及控制措施

擬建隧道主要穿越淤泥質粉質黏土層，隧道上方是大面積松散厚填土，地層穩定性極差，洞身側壁、掌子面易失穩，易坍塌變形，造成地層損失過大，引起地面過大沉降。防止水土流失進而控制地面沉降。就該工程而言，主要采取以下控制措施。（1）對隧道周圍土體進行加固改良，一般采用水泥攪拌樁或者高壓旋噴。（2）盾構在推進過程中應合理設置土壓力值，保持開挖面平穩，防止超挖和欠挖，選用土壓平衡式盾構設備，減少對土層的擾動。（3）控制盾構姿態，推進軸線盡量與隧道軸線保持一致，嚴格控制盾構糾偏量，減少盾構在地層中的擺動與對地層的擾動。（4）選擇合理的掘進參數，提高隧道施工速度和連續性，減小施工對地層的影響。（5）嚴格控制好盾尾注漿，使用合適的添加劑對土體進行改良，必要時進行二次注漿，同時選用抗滲性較好的襯砌結構[4]。

結束語

地鐵盾構施工不可避免會穿越城市建筑物下部結構或其鄰近區域，下穿施工擾動了原有土層，使施工近接區的地層、地表及建筑物產生一定的沉降變形，影響既有建筑物的使用壽命，危及人們的生命安全，對城市地鐵隧道工程建設產生負面影響，因此，在盾構施工中，近接建筑物防護技術的系統化和完善愈來愈重要。

參考文獻：

[1]郭雙喜，金平，汲廣坤，等.復合地層盾構上方建筑物沉降特征及原因[J].中外公路，2020，40（3）：16-21.

[2]趙方彬.盾構法修建地鐵隧道的技術現狀與展望[J].工程建設與設計，2018（20）：191-192.

[3]崔鵬飛.地鐵盾構法施工常見風險及安全管理對策[J].中國建材，2020（8）：125-127.