鄰近建筑受到城市地鐵隧道盾構(gòu)施工的影響分析

廣東華隧建設(shè)股份有限公司

摘要：城市的地鐵建設(shè)是緩解城市交通擁堵的一種有效手段，也是如今大型城市中的一種主要交通方式。但城市地鐵隧道盾構(gòu)施工過程難免會對周邊建筑造成影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí){人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。本文通過對城市地鐵隧道盾構(gòu)施工進(jìn)行分析，從中探討施工過程中對鄰近建筑物產(chǎn)生影響的相關(guān)因素，并提出了在城市地鐵隧道盾構(gòu)施工過程中，保護(hù)鄰近建筑物的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工；建筑物；保護(hù)措施

1引言

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，為解決城市的交通的擁堵問題，城市的地下工程開始迅速發(fā)展，城市的地下工程主要以地鐵隧道工程為主。地下工程在施工建設(shè)的過程中，通常都會引起底層的移動而出現(xiàn)不同程度的沉降。地鐵隧道工程在施工過程中，其周邊環(huán)境與巖土介質(zhì)通常都比較復(fù)雜，因此在是施工過程中即使擁有最先進(jìn)的施工技術(shù)與施工方案，仍然會對周邊的鄰近建筑產(chǎn)生影響，會對建筑物、地下管線等造成嚴(yán)重破壞，如下圖1與下圖2所示，為深圳地鐵與北京海淀地鐵施工造成的影響[1]。因此在城市地鐵隧道施工過程中，必須要準(zhǔn)確分析周邊環(huán)境以及巖土性質(zhì)，從中制定最佳的施工方案與施工技術(shù)，并針對周邊的鄰近建筑物制定相應(yīng)的保護(hù)措施，這樣才能夠在最大程度上減輕城市地鐵隧道施工對鄰近建筑的影響。因此對城市地鐵隧道盾構(gòu)施工進(jìn)行分析，探討相應(yīng)的保護(hù)措施，對我國城市化建設(shè)有很重要的意義。

圖1 深圳地鐵1號線工程-世界之窗至白石洲路段發(fā)生的路面坍塌

圖2 北京海淀地鐵施工導(dǎo)致的民房斷裂坍塌

2盾構(gòu)施工對鄰近建筑的影響分析

城市的地鐵隧道一般都需要建立在建筑密集且人流量比較集中的地方，這樣才能夠滿足城市交通的需要。但是盾構(gòu)施工必須要保證周邊建筑物的安全，不能夠出現(xiàn)大幅度的側(cè)移與沉降。同時(shí)在施工的過程中還需要保證地面交通的正常運(yùn)行。盾構(gòu)施工是一種非常先進(jìn)的地下工程施工方法，地下隧道工程在采用盾構(gòu)施工的過程中，不僅能夠適應(yīng)軟弱的地質(zhì)條件、施工速度快，同時(shí)還不會對地面的交通造成影響，并且對周圍建筑物的影響也比較小。但地下工程在施工的過程中，不可避免會對周圍的土層造成影響，從而也就會對周邊的鄰近建筑造成影響。分析盾構(gòu)施工對鄰近建筑影響，不僅能夠減輕盾構(gòu)施工對周邊鄰近建筑的影響，同時(shí)也能夠讓這種施工方得到更好的應(yīng)用。

2.1工程概況

在本次分析研究過程中，主要是根據(jù)廣州地鐵盾構(gòu)施工的特點(diǎn)，選取了其中一段隧道作為本次的研究對象。這條地鐵隧道的主體結(jié)構(gòu)長453.1m，寬18.9m，地板埋深大約是16.26m，整段隧道需要建筑施工的總面積是22780m2。隧道開挖的直徑是6.2m，整段隧道一共有9個(gè)通道出入口，并且需要有四組風(fēng)亭[2]。這段隧道在進(jìn)行盾構(gòu)施工過程中，不僅要保證周圍的建筑物與道路能夠正常使用，同時(shí)也不能夠讓土層出現(xiàn)過大的沉降與偏移，因此在本次的施工過程中盾構(gòu)機(jī)都是嚴(yán)格按照這條隧道的巖土性質(zhì)定制的，并且還根據(jù)地質(zhì)的具體特點(diǎn)采用了不同的施工技術(shù)。在施工過程中采用的是先建站點(diǎn)后挖隧道方式來進(jìn)行建設(shè)施工，但是在盾構(gòu)施工過程中仍然對周邊的鄰近建筑造成了一定的影響，下圖3為本次研研究工程的三維模型。

圖3 三維模型示意圖

2.2地表沉降對鄰家建筑的影響分析

在盾構(gòu)施工過程中，地表沉降是影響鄰近建筑的主要因素之一，地表的沉降會對建筑的樁基礎(chǔ)造成很大破壞，從而研究影響建筑物的穩(wěn)定性。通過對盾構(gòu)施工的詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)施工所造成的沉降類型主要包括初始沉降、盾構(gòu)通過時(shí)的沉降、盾尾空隙沉降以及團(tuán)結(jié)沉降。而造成地表沉降的主要因素主要是因?yàn)槎軜?gòu)施工造成了地下水位的降低，使得孔隙水壓力減小且有效應(yīng)力增加，同時(shí)在盾構(gòu)推力過大或過小的過程中，會使反向土壓力增加，并讓應(yīng)力產(chǎn)生擾動，最終產(chǎn)生彈塑性變形，下圖4為地表沉降的三維視圖[3]。最后就是在施工擾動與注漿不足或有殘余的過程中，也會造成應(yīng)力擾動而產(chǎn)生相應(yīng)的壓縮變形。這些都是由盾構(gòu)施工所引起的地面沉降，地面沉降過大就會對鄰近建筑造成很大的損害。

圖4 地表沉降的三維視圖

2.3地下水流失對鄰近建筑的影響分析

在隧道施工過程中，因?yàn)榈貙拥膿p失會造成地下水的大量流失，地下水的流失同樣也會對鄰近建筑造成很大的影響。土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行挖掘工作的過程中，拱頂處的隧道方向會與水力連通，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)長時(shí)間不再挖掘時(shí)，就會有地下水從盾構(gòu)機(jī)的后方流入到開挖面上，從而造成地下水的大量流失。在本次的研究過程中，因?yàn)樗淼郎蠈拥母餐帘容^淺，并且土質(zhì)也比較松散，盾構(gòu)機(jī)在挖掘工作的過程中有部分地質(zhì)鉆孔并沒有得到封堵，從而形成了上下貫通的水力通道，當(dāng)盾構(gòu)通過時(shí)，地下水直接下降了2m，并讓地表沉降度達(dá)到了120mm，這種現(xiàn)象會讓鄰近建筑物產(chǎn)生裂縫，甚至讓建筑物直接出現(xiàn)傾斜，對建筑物的安全性造成很大威脅。

2.4土體變形對鄰近建筑的影響分析

土體在受到盾構(gòu)施工擾動后，會造成土體應(yīng)力的變化而讓土體產(chǎn)生位移。土體的位移程度過大時(shí)就會產(chǎn)生相應(yīng)的土體變形，而土體的變形會在很大程度上損壞鄰近建筑的結(jié)構(gòu)，通常土體位移一般由主固結(jié)壓縮、彈塑性剪切以及粘性時(shí)效蠕變決定[4]。通過大量的研究表明，土體受到的擾動范圍越大，則地表中心的沉降也就越大，鄰近建筑受到的破壞也就越大。在盾構(gòu)施工過程中，盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過程中會產(chǎn)生一定的擠壓作用，在這個(gè)過程中會造成排水固結(jié)變形，底層也會英文孔隙水壓力的變化而產(chǎn)生地面變形。這種土體變形同樣是因?yàn)槎軜?gòu)施工而產(chǎn)生的，因此同樣屬于盾構(gòu)施工對鄰近建筑產(chǎn)生的影響。

3減小盾構(gòu)施工對鄰近建筑物影響的控制措施

3.1盾構(gòu)施工控制措施

城市地鐵隧道在進(jìn)行盾構(gòu)施工的過程中，因?yàn)橹苓叚h(huán)境與巖土性質(zhì)的復(fù)雜性，在盾構(gòu)施工過程中難免會對鄰近建筑產(chǎn)生影響，而要想減小盾構(gòu)