盾構(gòu)隧道掘進(jìn)對建筑物的影響及其控制技術(shù)研究

田憲國

(中鐵十三局集團(tuán)公司 第二工程公司，廣東 深圳 518083)

1 工程概況與地面建筑物特點(diǎn)分析

1.1 工程概況

深圳地鐵2號線東延線工程，線路從世界之窗向東北方向延伸，經(jīng)歡樂谷、華僑城、安托山后沿僑香路行進(jìn)，經(jīng)蓮花路向南至新洲路，再向東至深南大道，沿深南大道延伸至黃貝嶺站。全長約19.04 km，均為地下線。設(shè)車站16座、兩主變電站及后海停車場一處，區(qū)間為雙線地下隧道。本文分析的香梅北站—景田北站區(qū)間線路出香梅北站后，下穿福田區(qū)外國語學(xué)校操場，在建沁景園，再橫穿景田北街后，穿越景蜜花園、紅蜻蜓幼兒園、景秀中學(xué)操場，進(jìn)入蓮花路，沿蓮花路向東延伸，進(jìn)入景田北站。

1.2 地質(zhì)條件分析

工程區(qū)間未見地質(zhì)構(gòu)造，隧道穿越地層較為簡單。主要為沖洪積層、殘積層、全 ～微風(fēng)化巖層，下伏燕山期()花崗巖及震旦系()花崗片麻巖，花崗巖與花崗片麻巖為侵入接觸。區(qū)間范圍內(nèi)地表水主要為新洲河河水，新洲河發(fā)源于梅林水庫北側(cè)山間溪谷，于蓮花山西側(cè)向南延伸，于漁農(nóng)村匯入深圳河，長約9 km。新洲河為梅林水庫的主要泄洪河道，為景田北、新洲路一帶地表水流的匯聚地和排泄通道，夏季水量豐沛，常年流水，水量隨季節(jié)變化較大。

1.3 隧道沿線的建筑物調(diào)查與分析

地鐵區(qū)間隧道沿線的建筑物主要有景蜜村安居房16#樓和紅蜻蜓幼兒園等，其結(jié)構(gòu)、與隧道的關(guān)系以及埋深等具體參數(shù)列于表1。

由表1可知，按建筑物本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合與隧道位置的關(guān)系及距離，位于左線正下、右線側(cè)下的各安居樓房以及紅蜻蜓幼兒園較為危險(xiǎn)。

2 盾構(gòu)隧道掘進(jìn)對建筑物的影響分析

按照對地鐵線所處區(qū)段地表建筑物的調(diào)查結(jié)果，選取景蜜村安居房16#樓和紅蜻蜓幼兒園等代表性建筑物對盾構(gòu)推進(jìn)引起的建筑物變形進(jìn)行分析。

2.1 景蜜村安居房16#樓

景蜜村安居房16#樓的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與參數(shù)見表1，其與隧道位置關(guān)系如圖1所示。

依據(jù)樓房與隧道的位置關(guān)系及參數(shù)，建立隧道推進(jìn)有限元數(shù)值計(jì)算模型，見圖2。由圖2并結(jié)合計(jì)算可知盾構(gòu)推進(jìn)完成時(shí)的整體變形結(jié)果，建筑物的最大沉降量為18 mm，差異沉降為4 mm，由建筑物寬度為9 m計(jì)算得傾斜率為1/2 250。依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)果滿足建筑物地基任意點(diǎn)附加沉降量應(yīng)≤20 mm以及傾斜率應(yīng)≤1/500等規(guī)范的限制要求。

2.2 紅蜻蜓幼兒園

紅蜻蜓幼兒園的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與參數(shù)見表1，其與隧道位置關(guān)系如圖3所示，計(jì)算模型見圖4。

由圖4并結(jié)合計(jì)算可知盾構(gòu)推進(jìn)完成時(shí)的整體變形結(jié)果，建筑物的最大沉降量為15 mm，差異沉降為2 mm，由建筑物寬度為8 m計(jì)算得傾斜率為1/4 000，結(jié)果滿足建筑物地基任意點(diǎn)附加沉降量應(yīng)≤20 mm以及傾斜率應(yīng)≤1/500等規(guī)范的限制要求。

表1 香梅北站—景田北站區(qū)間沿線部分主要建筑物

圖1 景蜜村安居房16#樓與隧道位置關(guān)系(單位:尺寸 mm;高程 m)

圖2 隧道穿越景蜜村安居房16#樓模型及穿越后變形結(jié)果

圖3 紅蜻蜓幼兒園與隧道位置關(guān)系(單位:尺寸 mm;高程 m)

圖4 隧道穿越紅蜻蜓幼兒園模型及穿越后變形結(jié)果

3 穿越地面建筑物變形控制技術(shù)分析

3.1 工程措施

對于景蜜村安居房16#樓，按目前的施工經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果看，不采取工程保護(hù)措施也不至于影響建筑物的正常使用和安全。但考慮到施工不確定性影響且位于居民小區(qū)，樁端距隧道頂較近，隧道開挖可能引起樁基礎(chǔ)承載力的衰減，一旦出現(xiàn)事故將會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。因此，有必要采取諸如注漿等地基加固措施對建筑物加以保護(hù)。

對于紅蜻蜓幼兒園，由于建筑基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)，且為3層框架結(jié)構(gòu)，盡管計(jì)算結(jié)果在允許范圍內(nèi)，但考慮到施工不確定性影響且位于幼兒園正下方，還須采用地面注漿等措施來改善建筑物下方的土體性質(zhì)，以此減小盾構(gòu)開挖對建筑的影響。

依據(jù)工程相關(guān)理論與技術(shù)，結(jié)合計(jì)算結(jié)果、工程經(jīng)驗(yàn)及社會影響，經(jīng)研究比選，本工程提出的相應(yīng)措施列于表2。

表2 地面變形控制措施

3.2 盾構(gòu)控制技術(shù)

依據(jù)盾構(gòu)技術(shù)，在穿越建筑物時(shí)，盾構(gòu)施工對土倉壓力、同步注漿壓力、推進(jìn)速度以及盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)的控制等幾個(gè)方面，必須進(jìn)行合理控制。

3.2.1 土倉壓力

為克服建筑物荷載附加應(yīng)力引起的地層應(yīng)力場變化，在進(jìn)入建筑物影響的范圍內(nèi)，開始調(diào)整盾構(gòu)土倉壓力。在推進(jìn)速度不變的情況下，減小螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速。在本工程實(shí)際推進(jìn)中，均根據(jù)現(xiàn)場情況確定穿越建筑物時(shí)土倉壓力調(diào)整值。

3.2.2 注漿壓力

盾尾同步注漿具有及時(shí)填充盾尾間隙、確保管片襯砌的早期穩(wěn)定(外力均勻)、防止地層變形的作用。當(dāng)注漿壓力相當(dāng)于隧道埋深處的地層應(yīng)力時(shí)，對減少地層損失和地表沉降量效果最為顯著。當(dāng)盾構(gòu)通過建筑群時(shí)，根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際應(yīng)力來增大注漿壓力，以此來控制地層變形并保證隧道結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

3.2.3 推進(jìn)速度和出土量

盾構(gòu)推進(jìn)速度對地面建筑物的隆沉變形有明顯的影響。綜合考慮盾構(gòu)推進(jìn)速度與土倉正面土壓力、千斤頂推力、土體性質(zhì)等因素，結(jié)合以往類似盾構(gòu)穿越建筑物群的經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)掘進(jìn)速度建議控制在8～12 mm/min。盡量保持推進(jìn)速度穩(wěn)定，確保盾構(gòu)均衡、勻速地通過建筑物群，以減少對周邊土體的擾動(dòng)影響，以免對上部建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

3.2.4 盾構(gòu)姿態(tài)控制

由于掘進(jìn)過程中開挖面土壓力和盾殼外圍土壓力的不均衡性，地下土層變化及其他方面的影響，盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際推進(jìn)軸線無法與理論軸線保持一致。為此，通過分析實(shí)際施工中取得的可靠控制數(shù)據(jù)，給出不同地質(zhì)條件下的千斤頂參考推力，為盾構(gòu)機(jī)司機(jī)提供控制參考值，從而有效地實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)的控制，使其實(shí)際的行進(jìn)路線與設(shè)計(jì)路線盡量一致，提高施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

在香梅北站—景田北站區(qū)間線路盾構(gòu)隧道穿越地表景蜜村安居樓房和紅蜻蜓幼兒園等代表性建筑物的過程中，各建筑物的結(jié)構(gòu)均未出現(xiàn)異常，地基應(yīng)力與變形均在允許范圍內(nèi)，地基沉降與變形在合理范圍內(nèi)，控制技術(shù)以及相關(guān)措施可保證地表建筑的結(jié)構(gòu)安全。

1)依據(jù)深圳地鐵2號線東延線香梅北站—景田北站區(qū)間線路的地質(zhì)條件，并結(jié)合地表建筑物特點(diǎn)及其與隧道的關(guān)系，分析出的盾構(gòu)掘進(jìn)對建筑物的影響和計(jì)算出的變形結(jié)果，能夠正確反映工程施工的實(shí)際情況。提出的穿越地面建筑物的變形控制技術(shù)，可以確保地鐵隧道本身和地表建筑物的安全。

2)由于地質(zhì)條件、隧道形狀與尺寸、掘進(jìn)施工方法，特別是地表建筑物本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及與隧道的具體關(guān)系(位置和距離等)的不同，對此類具體施工控制技術(shù)與方法還須繼續(xù)大力研究。

［1］鮑永亮，鄭七振，唐建忠.盾構(gòu)隧道穿越既有建筑物施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2009(4):52-55.

［2］高江.城市地鐵車站施工方法選擇研究［J］.工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2009(09):128-131.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GB50007—2002 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集［M］.北京:人民交通出版社，2003.