淺談地鐵盾構(gòu)施工對臨近構(gòu)筑物變形影響

摘? 要：地鐵盾構(gòu)施工作為一項技術(shù)難度較大的工程項目，其對技術(shù)人員有著較高的素質(zhì)要求，同時，長期的地下作業(yè)可能會對周圍的構(gòu)筑物產(chǎn)生較大的影響?；诖?，本文介紹了地鐵盾構(gòu)施工特點，分析了造成地鐵項目臨近構(gòu)筑物變形的原因，以及地鐵盾構(gòu)施工對臨近構(gòu)筑物變形的影響，在此基礎(chǔ)上提出了降低地鐵盾構(gòu)施工對臨近構(gòu)筑物影響的有效策略，以期為地鐵盾構(gòu)施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵盾構(gòu)施工;臨近構(gòu)筑物;變形

中圖分類號：U455.43? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）02-0000-00

1 地鐵盾構(gòu)施工概述

1.1 地鐵盾構(gòu)施工特點

盾構(gòu)指的是在利用掘進(jìn)機(jī)開展掘進(jìn)工作過程中，對支撐性管片進(jìn)行鋪設(shè)的一類器械，該類施工技術(shù)主要用于地鐵工程隧道的開挖階段。盾構(gòu)機(jī)通常由殼體、擋土裝置、管片機(jī)、拼裝裝置以及推進(jìn)裝置幾大結(jié)構(gòu)組成。盾構(gòu)施工法是地鐵工程項目建設(shè)過程中比較常見的一類施工技術(shù)，相較于普通的隧道挖掘技術(shù)，該類技術(shù)在工程施工中具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢。在地鐵項目施工過程中，盾構(gòu)施工需要經(jīng)歷盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)、襯砌拼裝以及注漿等幾道重要工序，盾構(gòu)技術(shù)應(yīng)用水平的高低會對地鐵施工的安全性及工程質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。因此，技術(shù)人員應(yīng)不斷加強(qiáng)對盾構(gòu)施工技術(shù)的學(xué)習(xí)，努力提升自身的技術(shù)操作水平，確保工程施工質(zhì)量具有可靠的技術(shù)保障。

1.2 地鐵盾構(gòu)施工的優(yōu)勢及不足

一般來看，由于市區(qū)內(nèi)部的地面環(huán)境比較復(fù)雜，若采用明挖方式來開展隧道施工，往往很容易對路面環(huán)境產(chǎn)生影響，從而給城市交通及市民的生活造成極大不便。在實際的地鐵隧道施工過程中，也難免會遇到各類不利的地質(zhì)條件、天氣條件等客觀因素影響，從而給工程施工帶來阻礙。然而，利用盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行施工，能夠很好地避免此類問題。首先，盾構(gòu)施工的施工地點位于地下，施工全過程通常不會涉及到地面，進(jìn)而也不會對周邊居民的生活及交通情況產(chǎn)生影響，同時，由于是地下施工，盾構(gòu)施工也不會受到天氣條件等因素限制，這就使得工程效率明顯提高。其次，相較于其他施工方式，盾構(gòu)施工的成本更低且施工過程管理方便，最終的施工效果也明顯更佳。當(dāng)然，盾構(gòu)法施工存在一定的不足，舉例來說，盾構(gòu)施工的作業(yè)條件比較惡劣，施工過程具有較高的危險性，且對施工人員的技術(shù)要求也比較高。同時，在表層土較淺、隧道曲線半徑較小等情況下，盾構(gòu)施工很難順利展開。

2 引發(fā)臨近構(gòu)筑物變形的因素

2.1 受各地區(qū)地質(zhì)條件影響

由于不同地區(qū)的環(huán)境條件存在著較大的差異，在平原地區(qū)、山林地區(qū)以及沿海地區(qū)土層分布情況往往比較復(fù)雜。一般情況下，地鐵線路需要設(shè)置在地下二十米到四十米左右，而這些位置的地質(zhì)條件往往更加復(fù)雜，國內(nèi)部分地區(qū)在該段區(qū)域會分布有較多的粘性土和淤泥土，而還有些地區(qū)則會分布較多的粉土和沙礫。在地鐵工程正式開工前，施工方應(yīng)安排專門的勘察人員對現(xiàn)場進(jìn)行考察，對土層的實際情況進(jìn)行記錄分析。對于一些地下的卵礫石夾層，若施工前未得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，就很有可能會導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過程中出現(xiàn)刀盤被卡情況，從而給工程施工帶來一定阻礙[1]。

2.2 施工工藝及技術(shù)水平方面的影響

地鐵項目的施工效果通常以支護(hù)壓力比、注漿填充率以及偏心率來衡量，在地鐵項目開工前，施工方應(yīng)提前制定好科學(xué)的施工工藝流程，確保各個施工操作環(huán)節(jié)能夠依照計劃有序進(jìn)行。在實際的施工過程中，若盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度未能得到合理的控制，就極有可能會導(dǎo)致周邊土體出現(xiàn)塌陷或隆起等情況，從而給地鐵項目帶來額外的損失。具體來看，導(dǎo)致地層出現(xiàn)變形的原因主要包括[2]：

（1）盾構(gòu)施工過程中，機(jī)器的推進(jìn)角度出現(xiàn)偏差，從而導(dǎo)致開挖面的面積超出原設(shè)計面積。（2）盾構(gòu)機(jī)的殼體與外界發(fā)生摩擦剪切情況，從而引起周邊土層發(fā)生形變。（3）在隧道施工過程中，若不能及時做好襯砌工作，周邊水土所產(chǎn)生的壓力也會迫使地層表面出現(xiàn)變化。

2.3 盾構(gòu)尺寸及挖深深度的影響

地鐵盾構(gòu)施工前，施工方需要依據(jù)隧道周邊的環(huán)境、實際空間需求等情況，對隧道尺寸進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計。就目前來看，市面上常見的盾構(gòu)機(jī)尺寸往往都稍大于隧道的直徑，因此在施工過程中給周邊土體所帶來的擾動也會明顯增加。與此同時，在地鐵項目的深度設(shè)計過程中，施工方需要綜合考慮周邊各類地下公共設(shè)施以及土體壓力等因素影響。在盾構(gòu)施工階段，周邊土層也會受到掘進(jìn)及回填過程中的施工周期、土層厚度、隧道外直徑以及承載力大小影響，而出現(xiàn)不同程度的縱向位移。

2.4 附近范圍地表產(chǎn)生橫向及縱向位移

在地鐵隧道開挖過程中，土體的沉降位移往往無法準(zhǔn)確估測。從理論上來講，由隧道施工所導(dǎo)致的地表位移變化統(tǒng)稱為地表沉降槽。沉降槽通常包括兩大類，首先是縱向沉降槽，即地表位移方向與開挖方向一致的情況;還有就是橫向沉降槽，即地表位移與開挖方向呈現(xiàn)垂直狀態(tài)的情況。一般情況下，橫沉降槽的數(shù)據(jù)主要用來表示盾構(gòu)施工后地表、水平面二者之間的角度，而縱沉降槽數(shù)據(jù)則用來作為施工沉降規(guī)律評定的參考。無論是橫向位移或是縱向位移的出現(xiàn)，都極有可能會對施工土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接損害，甚至引起嚴(yán)重的形變問題。

3 地鐵盾構(gòu)施工對臨近構(gòu)筑物變形的影響

3.1 盾構(gòu)施工對土體產(chǎn)生擾動

地鐵盾構(gòu)施工對臨近土體產(chǎn)生的擾動主要表現(xiàn)在兩大方面：（1）施工場地周邊與前方區(qū)域產(chǎn)生擠壓，從而導(dǎo)致土體出現(xiàn)隆起或被壓縮的情況。（2）盾構(gòu)施工過程中由于挖掘過度，從而引起土體出現(xiàn)坍塌沉降。在實際的地鐵盾構(gòu)施工中，土體擾動范圍及強(qiáng)度會隨著隧道及土層位移的增加而逐漸變小，相應(yīng)的擾動區(qū)域也會發(fā)生轉(zhuǎn)移。一般情況下，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，前方土體的壓力主要來源于擠壓作用，而側(cè)方土體的壓力則主要來源于剪切作用，且側(cè)方產(chǎn)生的擾動影響力通常要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前方[3]。

3.2 地表縱向位移帶來的影響

在地鐵盾構(gòu)施工的附近范圍內(nèi)，地表縱向位移通?？梢詣澐譃閹讉€不同等級：（1）先行土體的位移沉降，對于此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，各界說法并不一致。一般情況下，地表沉降在觀測處與開挖面相距數(shù)十米時即可被捕捉觀測到。部分學(xué)者推測此類情況是由于盾構(gòu)推進(jìn)施工導(dǎo)致地下水發(fā)生變化，進(jìn)而引起土體沉降，然而這種解釋并不適用于所有情況，例如軟黏土區(qū)域的施工過程。（2）掘進(jìn)施工過程及施工完成后出現(xiàn)的沉降，當(dāng)測定位置與盾構(gòu)機(jī)之間的距離過小，設(shè)備功率及施工位置坐標(biāo)發(fā)生改變，都會在不同程度上導(dǎo)致土層因壓力分布問題而出現(xiàn)沉降或凸起問題。（3）空隙沉降問題的出現(xiàn)，當(dāng)設(shè)備處于測定區(qū)域范圍之外時，土層會發(fā)生彈性形變，這主要是由于在盾構(gòu)施工過程中產(chǎn)生的空隙造成的。最后，在工程后期出現(xiàn)土層固結(jié)的情況，最終會使承載力處于平衡狀態(tài)[4]。

4 降低地鐵盾構(gòu)施工對臨近構(gòu)筑物影響的有效策略

4.1 應(yīng)用鉆孔灌注樁施工技術(shù)

鉆孔灌注樁技術(shù)具有成本低、施工周期短等優(yōu)勢，采用該類技術(shù)能夠安全迅速地實現(xiàn)對地鐵項目臨近構(gòu)筑物的加固，從而有效降低盾構(gòu)施工對周邊土體造成的松動問題?？偟膩砜矗ㄟ^利用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，能夠最大化降低對構(gòu)筑物的擾動。在鉆孔灌注樁正式施工前，施工方應(yīng)設(shè)置好相應(yīng)的隔離帶及施工通道，確保水電供應(yīng)充足，避免施工過程意外終止。在灌漿過程中，施工人員需要嚴(yán)格按照跳孔的順序進(jìn)行注漿操作，同時要避免孔內(nèi)注漿出現(xiàn)串漿或強(qiáng)度過大等情況。同時，對于地下水的處理環(huán)節(jié)，則應(yīng)盡可能避免漿液受水流影響而出現(xiàn)遷移。此外，在孔口開挖前，施工人員應(yīng)做好現(xiàn)場的清理工作，確保附近一米的范圍內(nèi)不存在碎石等雜物。首次孔圈護(hù)壁的澆筑過程，應(yīng)注意保持在地表30厘米以上的位置，隨著樁孔深度的增加，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對孔樁的勘察檢驗工作，避免出現(xiàn)偏差問題而對工程質(zhì)量產(chǎn)生影響[5]。

4.2加固周邊構(gòu)筑物地基結(jié)構(gòu)

對地鐵盾構(gòu)施工臨近區(qū)域的地基及構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，能夠有效降低構(gòu)筑物的形變問題。在加固施工過程中，施工方需要注重以下幾點要求：

（1）要做好周邊土質(zhì)的勘察工作，一般情況下，土質(zhì)成分往往包括多個類型的土層，例如老黃土、新黃土、中砂、粗砂等，不同的土層在盾構(gòu)施工中所受到的影響也各不相同。（2）在施工過程中要減少對構(gòu)筑物破壞，盡可能使其保持原貌，這也提現(xiàn)了加固施工的意義所在。（3）對于構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)加固，應(yīng)盡量避免進(jìn)行材料的更換，保持構(gòu)筑物自身的完整性。在完成構(gòu)筑物地層及結(jié)構(gòu)的加固后，施工方應(yīng)設(shè)置好專門的監(jiān)測區(qū)域，對構(gòu)筑物周邊土體沉降情況進(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來對盾構(gòu)施工的具體操作進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以避免對構(gòu)筑物產(chǎn)生不必要的損害。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著城市地下空間的不斷開發(fā)，地鐵項目等地下公共設(shè)施的數(shù)量在不斷增多，這給人們的生活帶來便利的同時，難免也會對周邊構(gòu)筑物產(chǎn)生一定影響。盾構(gòu)施工的應(yīng)用必然會給周邊土層帶來一定的擾動，進(jìn)而給附近建筑帶來形變等一系列困擾。有關(guān)單位應(yīng)加強(qiáng)對該類問題的重視，制定相應(yīng)的沉降控制工作，減少盾構(gòu)施工對臨近構(gòu)筑物的影響，從而進(jìn)一步提升地鐵建設(shè)的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉世龍.地鐵盾構(gòu)法施工中的常見質(zhì)量問題及防治措施分析[J].企業(yè)改革與管理，2017（24）：209+212.

[2] 章慧健，仇文革，王慶.城市地鐵盾構(gòu)施工引起的地表沉降分析[J].鐵道建筑，2009（9）：64-67.

[3] 劉長旭.地鐵施工盾構(gòu)法的施工技術(shù)研討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（13）：160-161.

[4] 婁月，高海賓.地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)問題分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（4）：221-222.

[5] 楊再道.土壓盾構(gòu)機(jī)穿越高壓桿塔施工技術(shù)措施[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2010（4）：53-55.

收稿日期：2020-01-09

作者簡介：溫瑞東（1988—），男，山西興縣人，本科，工程師，研究方向：工程管理。