盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響及其控制

高光明

摘要：盾構(gòu)法具有不影響地面交通、對(duì)周圍建（構(gòu)）筑物影響較小、適應(yīng)軟弱地質(zhì)條件、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，在地鐵工程中得到廣泛應(yīng)用。但是地下施工不可避免地會(huì)對(duì)周圍土層產(chǎn)生擾動(dòng)，從而引起地面沉降（或隆起），這將使鄰近建筑物受到不同程度的影響，并可能危及地下電纜、水管、煤氣管道等設(shè)施的正常使用。因此，如何控制盾構(gòu)施工，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，是地鐵隧道盾構(gòu)施工中最關(guān)鍵的問(wèn)題。本文分析了盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響，并探討了其控制措施。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；周圍環(huán)境；注漿

一、盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響

（一）對(duì)建筑物沉降影響

在盾構(gòu)正常掘進(jìn)地段，建筑物的沉降形式與地表沉降一致，最大沉降發(fā)生在盾尾脫出管片階段，在主要沉降影響區(qū)的房屋（在盾構(gòu)隧道軸線兩側(cè)3m范圍）沉降大，主沉降區(qū)的房屋沉降一般在-15.0～-25mm；在主沉降區(qū)外的房屋沉降小，沉降值小于-10mm，距隧道軸線較遠(yuǎn)（10m以上）地段，盾構(gòu)掘進(jìn)基本對(duì)房屋沒(méi)有影響，其沉降變化量在-4mm以下。造成建筑物沉降的原因主要有：（1）盾構(gòu)推進(jìn)的時(shí)候造成的地層損失，其中會(huì)有多種因素導(dǎo)致地表沉降，主要包括開挖工作面土體移動(dòng)、盾構(gòu)后退、土體擠入管片與盾構(gòu)之間的建筑空隙、盾構(gòu)施工中改變推進(jìn)方向、管片的變形和隧道的沉降；（2）受擾動(dòng)土的再固結(jié)，首先，由于孔隙水壓力在地層因土體中發(fā)生變化產(chǎn)生排水固結(jié)變形最終導(dǎo)致地面出現(xiàn)了沉降的現(xiàn)象；其次，土體在受到較大的擾動(dòng)之后，就會(huì)有持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的壓縮變形出現(xiàn)在土體骨架當(dāng)中，在這個(gè)土體蠕變過(guò)程當(dāng)中就會(huì)出現(xiàn)地面沉降；（3）地下水流動(dòng)。在深埋隧道中，地層損失造成的建筑物的沉降主要影響的是端承樁，而地下水大量流失造成地下水位下降則主要影響的是淺基礎(chǔ)和長(zhǎng)度較短的摩擦樁，特別是基礎(chǔ)以下存在間隙率較大的地層，如中、粗砂層所造成的沉降較大。由于盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中，拱頂同步注漿普遍存在不密實(shí)情況，導(dǎo)致拱頂處沿隧道方向存在水力連通，當(dāng)盾構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間停止掘進(jìn)時(shí)，地下水容易從盾構(gòu)機(jī)后方流至開挖面，引起地下水大量流失，當(dāng)?shù)貙悠鸱^大的地層或存在地質(zhì)鉆孔封孔質(zhì)量不好時(shí)，容易與上部地層形成水力通道，直接貫通隔水層引起地下水位下降；另外在含水量較大的地層中停機(jī)也會(huì)造成開挖面較大的水量流失。如在深圳地鐵一個(gè)工程實(shí)例，由于隧道上層覆土較淺，且土質(zhì)松散，并有部分未封堵的地質(zhì)鉆孔，由于形成上下貫通的水力通道，當(dāng)盾構(gòu)推過(guò)時(shí)，地下水下降達(dá)2m多，引起地表沉降達(dá)120mm，當(dāng)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、加大注漿量時(shí)，地表存在冒漿現(xiàn)象。

（二）對(duì)地下管線的沉降影響

隧道周圍地下管線主要有煤氣管、給水管、排污管。與隧道正交的橫斷面沉降基本呈正態(tài)曲線分布，與盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表橫向沉降槽相適應(yīng)，在地下管線埋深較淺時(shí)，也可以地表沉降來(lái)代替地下管線的沉降。且此時(shí)地下管線的沉降長(zhǎng)度較小。管線在盾構(gòu)掘進(jìn)主要影響區(qū)內(nèi)的管線沉降大，主影響區(qū)外沉降小。

（三）對(duì)交通及周圍景觀的影響

盾構(gòu)多在地面主干道路下穿行，因此，盾構(gòu)施工可能會(huì)產(chǎn)生對(duì)地面交通和景觀的影響，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）盾構(gòu)施工產(chǎn)生的地表隆沉可能會(huì)影響地面車輛的行駛；（2）盾構(gòu)工作井區(qū)域內(nèi)的施工活動(dòng)如行車的移動(dòng)、管片的堆放等均需占用一定的場(chǎng)地，從而不可避免地會(huì)影響到交通的運(yùn)行；（3）地鐵多在城市繁華地段穿行，因此，盾構(gòu)施工時(shí)對(duì)城市景觀尤其是對(duì)市民或游人的視覺(jué)也會(huì)造成一定程度的影響。

一、盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響控制

（一）合理選擇參數(shù)

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)確定穿越建筑物施工的試驗(yàn)階段，以保證施工質(zhì)量及效率，在此過(guò)程中要明確盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)參數(shù)，同時(shí)結(jié)合地面所穿越建筑物的特點(diǎn)及地面沉降情況適當(dāng)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，以對(duì)盾構(gòu)局掘進(jìn)機(jī)的各項(xiàng)功能進(jìn)行調(diào)整，保證掘進(jìn)施工順利進(jìn)行，并盡量減小周圍建筑物及地下結(jié)構(gòu)的破壞。

（二）同步注漿

同步注漿是通過(guò)同步注漿系統(tǒng)及盾尾的注漿管，在盾構(gòu)向前推進(jìn)、管片背部建筑空隙形成的同時(shí)進(jìn)行，漿液在空隙形成的瞬間及時(shí)填充，從而使周圍土體及時(shí)獲得支撐?？捎行У胤乐箮r土的坍塌，控制地表的沉降。嚴(yán)格保證在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中選用高質(zhì)量泥漿，控制泥膜的形成速度和泥膜形成的質(zhì)量，確保掌子面的穩(wěn)定。保證對(duì)于注漿量和注漿壓力的有效監(jiān)測(cè)與控制，確保注漿量達(dá)到3.5m3以上，注漿壓力約0.16MPa，壓漿量占空隙約200%，以便達(dá)到延緩建筑物沉降的目標(biāo)。

（三）控制出渣量

地表隆起的主要原因是盾構(gòu)正面對(duì)土體的推進(jìn)力大于原始側(cè)向力，因此在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的情況下，可以根據(jù)地表隆起狀況調(diào)整推力、出碴速度，達(dá)到降低地表隆起的目的。地表沉降是由于開挖面推力小于原始側(cè)向應(yīng)力而引起，通過(guò)減少出碴量，提高正面壓力，達(dá)到控制沉降的目標(biāo)，并保持開挖面的穩(wěn)定。在采用盾構(gòu)掘進(jìn)法進(jìn)行穿越建筑物施工的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)出渣量控制，以防止出現(xiàn)隧道超挖及地面沉降的情況。對(duì)于出渣量的控制，施工企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)地層出渣量情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出相應(yīng)的規(guī)律性變化，并計(jì)算出出渣量的范圍，即每環(huán)在45-50m3范圍內(nèi)。在穿越建筑物的施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，掘進(jìn)過(guò)程中的切口環(huán)附近地面沉降在2-3mm范圍內(nèi)，這樣則表明出渣量及挖倉(cāng)壓力處于合理范圍，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)量掘進(jìn)或超挖的情況，從而保證地表建筑物的穩(wěn)定性，并促進(jìn)穿越建筑物施工技術(shù)水平的提升及工程施工進(jìn)度加快。

（四）盾構(gòu)穿越控制

盾構(gòu)通過(guò)時(shí)的沉降是無(wú)法避免的，但是如果超限，可以通過(guò)采取調(diào)整掘進(jìn)速度，及時(shí)注漿等，使盾尾后隧道周邊的土體及時(shí)處于三向應(yīng)力狀態(tài)，從而達(dá)到有效控制地層的彈塑性變形。

盾構(gòu)通過(guò)后，由于應(yīng)力松弛的影響，地層還會(huì)發(fā)生固結(jié)沉降，根據(jù)地面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在管片襯砌背后實(shí)施回填與固結(jié)注漿，尤其是對(duì)拱部120°范圍進(jìn)行地層加固注漿。

盾構(gòu)在曲線推進(jìn)、糾偏、抬頭或叩頭推進(jìn)過(guò)程中，實(shí)際開挖斷面是圓形而變?yōu)闄E圓，從而會(huì)引起附加變形，此時(shí)應(yīng)調(diào)整掘進(jìn)速度等，達(dá)到減少對(duì)地層的擾動(dòng)度和減少超挖的效果，從而減少變形。

（五）施工監(jiān)測(cè)措施

在施工過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)下立交的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)的內(nèi)容應(yīng)包括沉降監(jiān)測(cè)、位移監(jiān)測(cè)以及側(cè)斜等。監(jiān)測(cè)管理可分為通過(guò)前、通過(guò)中、通過(guò)后三個(gè)階段來(lái)實(shí)施。特別是在接近下立交區(qū)域的前方區(qū)段，對(duì)相似土層條件的地點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，掌握盾構(gòu)施工對(duì)土層的影響，進(jìn)一步優(yōu)化施工參數(shù)。通過(guò)時(shí)的監(jiān)測(cè)是為監(jiān)測(cè)下立交的安全進(jìn)行的，如發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)值或監(jiān)測(cè)變化值超過(guò)警戒限時(shí)，需停止盾構(gòu)施工，查明原因，并及時(shí)采取有效加固措施，對(duì)下立交進(jìn)行保護(hù)。在確認(rèn)下立交安全后再開始推進(jìn)。通過(guò)后的監(jiān)測(cè)，一般此時(shí)變化數(shù)值逐步變小，在變化逐漸穩(wěn)定之前一直要進(jìn)行，但可以適當(dāng)減少監(jiān)測(cè)的頻率。

結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家、城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，地鐵成為交通繁忙、人口密集城市的重要交通工具。在地鐵盾構(gòu)隧道施工期間，不可避免地要近距離地下穿地面建筑物，在穿越期間，由于地層受擾動(dòng)、超挖引起的地層損失及應(yīng)力改變等原因都可能造成地面建筑物出現(xiàn)沉降、位移，從而引起建筑物出現(xiàn)裂縫、傾斜甚至倒塌，給人民的財(cái)產(chǎn)、安全帶來(lái)威脅，還會(huì)對(duì)地下管線、交通等造成不良影響。因此在盾構(gòu)施工中應(yīng)當(dāng)采取多種措施實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境影響的控制，確保施工安全。

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