淤泥質(zhì)土層中盾構(gòu)施工對上方淺基礎(chǔ)房屋的影響研究

凌超

摘 要 結(jié)合工程實(shí)例，闡述了軟土地層中盾構(gòu)下建筑物的風(fēng)險(xiǎn)與施工技術(shù)，利用midas模擬盾構(gòu)穿越對建筑的影響，并與實(shí)測數(shù)據(jù)對比分析，研究在淤泥質(zhì)土層中盾構(gòu)施工對上方淺基礎(chǔ)房屋的影響。

關(guān)鍵詞 淤泥質(zhì)土;盾構(gòu)隧道;淺基礎(chǔ)房屋;數(shù)值模擬

引言

盾構(gòu)機(jī)因其開挖速度快、對周圍環(huán)境影響小，在城市地鐵建設(shè)中被廣泛采用。盾構(gòu)機(jī)下穿建筑物基礎(chǔ)、地下管線時(shí)，施工控制不當(dāng)易引起建筑物傾斜、不均勻沉降，導(dǎo)致房屋開裂，管線斷裂。如果穿越的房屋為淺基礎(chǔ)房屋，施工難度和風(fēng)險(xiǎn)則更大，因此為保證盾構(gòu)順利掘進(jìn)，需研究盾構(gòu)穿越對上方淺基礎(chǔ)房屋的影響[1]。

1工程概況

1.1 區(qū)間盾構(gòu)

杭州地鐵3號線C站～X站區(qū)間為雙線單圓盾構(gòu)區(qū)間，隧道外徑6.2m，管片厚度0.35m。其中區(qū)間在某段穿越居民樓，且正下穿多幢低層房屋，房屋類型為磚1、磚2、磚3，均為淺基礎(chǔ)。隧道覆土埋深13.89m。

1.2 地質(zhì)概況

本區(qū)間位于海積平原區(qū)，廣泛分布層狀軟土，具有“天然含水量高，壓縮性高，靈敏度高、觸變性高、流變性高、強(qiáng)度低，透水性低”等特點(diǎn)。盾構(gòu)穿越土層主要由④1層淤泥質(zhì)黏土、④2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥1層灰色淤泥質(zhì)黏土組成。該段地層從上至下土層物理學(xué)參數(shù)如下：

2盾構(gòu)技術(shù)措施

盾構(gòu)下穿淺基礎(chǔ)房屋時(shí)區(qū)段，需采取如下措施：①在隧道穿越建構(gòu)筑物地區(qū)按照盾構(gòu)推進(jìn)地層損失率小于3‰;②隨時(shí)調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)，減少盾構(gòu)的超挖和欠挖，以改善盾構(gòu)前方土體的坍落或擠密現(xiàn)象。③盾構(gòu)姿態(tài)控制：按照“勤測勤糾、小角度糾偏”原則，盾構(gòu)切口偏離值控制在0～10mm范圍內(nèi)，盾尾偏離值控制在正負(fù)10mm范圍內(nèi)。⑤隧道內(nèi)管片全斷面設(shè)置注漿管，采用信息化施工，在加強(qiáng)同步注漿的同時(shí)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行壁后補(bǔ)強(qiáng)注漿。

同步注漿采用新型準(zhǔn)厚漿，漿液飽水性更強(qiáng)，更能有效控制地面沉降，從而保護(hù)地面建筑物安全;二次注漿采用雙液漿，能對同步注漿起到進(jìn)一步補(bǔ)充和加強(qiáng)作用，同時(shí)也是對管片周圍的地層起到充填和加固作用[2]。

3數(shù)值模擬

3.1 模型建立

利用巖土有限元軟件MIDAS GTS NX，建立包括巖土、建筑物及隧道的二維模型來計(jì)算盾構(gòu)下穿假山新村對低層房屋結(jié)構(gòu)變形的影響。巖土模型采用莫爾-庫倫模型，其中隧道管片用梁單元進(jìn)行模擬，建筑物結(jié)構(gòu)用梁單元進(jìn)行模擬，樓層荷載用施加在結(jié)構(gòu)上的均布荷載模擬。根據(jù)隧道穿越土層的工程性質(zhì)、相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，模型中通過鈍化隧道范圍內(nèi)土體單元、激活隧道管片單元等來模擬盾構(gòu)施工。

施工步序?yàn)樽缶€隧道先穿越，右線隧道后穿越。土層參數(shù)依據(jù)地勘參數(shù)，二維模型水平長度60m，豎向高40m。應(yīng)力釋放系數(shù)為開挖0.7，支護(hù)0.3.

3.2 計(jì)算結(jié)果

盾構(gòu)左右穿越后土體及房屋的豎向位移見圖、圖;建筑物沉降結(jié)果對比見表。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，盾構(gòu)隧道下穿假山新村低層房屋（磚3、磚1、磚2結(jié)構(gòu)），房屋最大沉降為10.48mm，最大差異沉降3.76mm。在計(jì)算模型的假定條件下，盾構(gòu)隧道下穿假山新村低層房屋沉降值和差異沉降滿足建筑物變形控制值要求[3]。

4實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

整理盾構(gòu)施工現(xiàn)場對淺基礎(chǔ)房屋的實(shí)際位移情況監(jiān)測如下表：

根據(jù)建筑物實(shí)測數(shù)據(jù)，盾構(gòu)隧道下穿假山新村低層房屋，房屋最大沉降為5.49mm，最大差異沉降3.15mm。相比于數(shù)值模擬結(jié)果，盾構(gòu)施工對于建筑物的豎向沉降控制效果較好;而建筑物實(shí)際差異沉降值無較大偏差。

對比分析模型試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)，可見二維數(shù)值模擬的建筑沉降值大于實(shí)際沉降，且偏差較大。分析原因：①二維數(shù)值模型不能很好模擬土體的在實(shí)際推進(jìn)中空間受力及位移狀態(tài);②盾構(gòu)實(shí)際推進(jìn)中的同步注漿、二次注漿對隧道周邊土體有一定的加固作用，數(shù)值模型并未考慮該效應(yīng)。

5結(jié)束語

（1）淤泥質(zhì)土層中盾構(gòu)施工會(huì)誘發(fā)上部淺基礎(chǔ)房屋發(fā)生變形，主要表現(xiàn)為建筑物沉降和不均沉降。數(shù)值模擬和實(shí)測結(jié)果表明：盾構(gòu)施工會(huì)對上部淺基礎(chǔ)房屋的變形影響處于安全可控狀態(tài)。

（2）二維的數(shù)值模擬對盾構(gòu)穿越淤泥質(zhì)土層對地表及建筑物影響的結(jié)果有一定局限性。

（3）在穿越過程中加強(qiáng)同步注漿與二次注漿能夠有效地控制建筑物的沉降。

參考文獻(xiàn)

[1] 李慶園，孟昌，朱元偉，等.黃土地區(qū)地鐵隧道盾構(gòu)施工時(shí)既有房屋的變形規(guī)律分析[J].城市軌道交通研究，2013，16（12）：103-107.

[2] 陳大川，胡建平，董勝華.盾構(gòu)施工對鄰近淺基礎(chǔ)框架結(jié)構(gòu)影響的研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2017，14（3）：552-559.

[3] 張楊，林本海，牛九格.地鐵盾構(gòu)隧道施工對既有老式建筑的影響分析[J].廣東土木與建筑，2015，22（4）：56-59，44.