地鐵施工時對周邊房屋沉降位移的影響

紀(jì)翔鵬 付玉濤 魏 偉

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 山東濟(jì)南 250014）

0 引言

根據(jù)以往施工案例，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中會對周邊房屋產(chǎn)生一定的位移沉降，分析其產(chǎn)生沉降的原因主要是在施工過程中原始土應(yīng)力的釋放，孔隙水壓力的減少等，要使這些因素在施工過程中保持正常，就需要合理調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的施工參數(shù)，影響最大的施工參數(shù)主要是以下二個：注漿率、支護(hù)壓力比。本文主要通過調(diào)整施工參數(shù)來最大程度降低周邊房屋位移的沉降。

1 施工工藝參數(shù)

在盾構(gòu)機(jī)施工過程中，其施工工藝的好壞對地表沉降影響較大，主要與注漿填充率、支護(hù)壓力比等有關(guān)。其施工質(zhì)量的好壞主要體現(xiàn)在：由于注漿率，特別是盾構(gòu)尾部處注漿不足引起的地表沉降；在隧道開挖面與襯砌裝置產(chǎn)生的支護(hù)壓力不足引起的地表沉降。

1.1 注漿率

在地鐵盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，在機(jī)械構(gòu)造上盾構(gòu)機(jī)尾部與土體會留有一定的空間，為了襯砌材料在施工時更好的與土體結(jié)合在一起，需要在其尾部進(jìn)行泥漿事先填充。其填充率β與注漿率為正比例關(guān)系，即填充率β隨著泥漿注漿率的提高而提高。根據(jù)工程實際可知，填充率取值范圍一般β為=0.60～0.9。

1.2 支護(hù)壓力比

在地鐵盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，上方土體中的土應(yīng)力會逐漸減少，為了不使地面發(fā)生大規(guī)模的沉降，需要施加支護(hù)壓力P，此值需要在原有壓力的一定范圍之內(nèi)。設(shè)一參數(shù)為支護(hù)壓力比λ，如λ過大，說明施工的支護(hù)壓力大于原先的土體壓力，上方地面土體會發(fā)生隆起；如λ過小，則會發(fā)生土體的沉降。根據(jù)工程實際可知，λ取值范圍一般為0～1。

2 參數(shù)設(shè)計與分析

為了比較分析注漿填充率、支護(hù)壓力比這二個施工工藝參數(shù)對地表沉降的影響，設(shè)定一正交試驗，來定量的分析此二類因素影響程度的大小。設(shè)定注漿填充率為 β=0.7，0.8，0.9；支護(hù)壓力比為 λ=0.7，0.8，0.9，建立

5 組正交試驗，如表1所示。

選定某工程項目中的一盾構(gòu)機(jī)的施工參數(shù)及工程參數(shù)：盾構(gòu)半徑R=3.125m，泊松比v=0.3，土體彈性模量Eu=5.6MPa，天然重度r=18.5kN/m3，水平距離x=0，盾構(gòu)機(jī)長L=8m，襯砌外半徑3m，盾構(gòu)機(jī)鋼殼外半徑為6.12m。根據(jù)相關(guān)計算公式，對于地表沉降的計算結(jié)果如表2所示。

表1 參數(shù)設(shè)計

表2 參數(shù)設(shè)計計算結(jié)果

從以上表格可知，這二個施工工藝參數(shù)的影響主次順序為注漿填充率>支護(hù)壓力比，即要使地表沉降減小最有效的方法是提高注漿填充率。同時地表沉降值隨著注漿填充率，支護(hù)壓力比的增大而減小。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某地鐵1號線工程，全長32km，經(jīng)過省會二個鐵路樞紐站，分二期施工，會通過幾大商業(yè)街區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜多變。根據(jù)地質(zhì)勘察，經(jīng)過地鐵沿線的地質(zhì)剖面主要集中在4-1土層中，是一種第四紀(jì)沉積物，有老粘土及老黃土，老黃土遇水后其抗剪強(qiáng)度會極速下降，極易坍塌，表現(xiàn)出一個土質(zhì)特有的性質(zhì)，工程勘察上稱為黃土的濕陷性。

3.2 施工工藝改進(jìn)

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在黃土地層掘進(jìn)過程中，就需要特別注意對含水量和土的孔隙率的把握，從這也可知看出影響黃土性質(zhì)最主要的因素是含水量和孔隙比，因此在施工時對盾構(gòu)的施工工藝，尤其是注漿率及支護(hù)壓力比的要求比較高。

根據(jù)對施工工藝中注漿填充率，支護(hù)壓力比這二個參數(shù)的設(shè)計計算與分析，得出增加盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中的注漿率對減小周邊房屋地表位移沉降的效果最好，結(jié)合黃土地層特有的性質(zhì)及特點，提出了以下幾點相對應(yīng)的施工工藝方法：當(dāng)黃土濕陷性較大時，需要事先通過降水，注漿等措施來提高黃土自身的強(qiáng)度，前期固結(jié)時間較短，可以充分利用襯砌和掘進(jìn)的循環(huán)作業(yè)，來提高施工效率，減小施工周期；當(dāng)黃土濕陷性較小時，對于襯砌施工可以適當(dāng)?shù)暮喕恍柰ㄟ^減小它的含水率，可以通過土壓平衡的方法來同時增加它的支護(hù)壓力比，加快掘進(jìn)速度。

通過以上施工工藝的改進(jìn)，在實際盾構(gòu)施工過程中，遇到黃土地層時發(fā)生工程事故的情況大有改善，同時經(jīng)過位移監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)對周邊房屋的位移沉降也在允許范圍內(nèi)，滿足了工程設(shè)計要求。

4 總結(jié)

本文通過對施工工藝對周邊房屋沉降位移的影響進(jìn)行具體分析，基于眾多施工案例，發(fā)現(xiàn)其中二個施工工藝參數(shù)對沉降位移的影響最大。根據(jù)施工時的實際施工參數(shù)和技術(shù)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)這二個施工工藝參數(shù)的影響主次順序為注漿填充率>支護(hù)壓力比，即要使地表沉降減小最有效的方法是提高注漿填充率。

同時通過實際工程，針對特定的黃土地層，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中制定了有針對性的施工工藝技術(shù)，在特定的時間來調(diào)整注漿率及支護(hù)壓力比，從而可以有效的提高施工效率，減少盾構(gòu)施工時對周邊房屋位移沉降的影響。