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摘要：随着城市地铁建设的不断兴起，盾构法因其施工速度快、安全性高以及对地层扰动小等特点而得到广泛使用。本文就盾构隧道侧穿临近建筑物施工手段与监测数据进行了对比分析，希望能够对今后的地铁盾构施工控制土层扰动，保证临近建筑物的安全有所帮助。
关键词：隧道盾构开挖；邻近管线；影响
在隧道施工中，盾构开挖往往会对邻近地下管线造成影响，而这些施工的影响问题就现今城市建设的发展趋势来看，不仅不可避免，而且在数量上会不断增加。及时地对管线做好相应的保护措施，以保证地下管线的安全正常运行，显得尤为重要。
1数值模拟
1.1基本假定
为了模型计算的简便并能更好的分析其主要规律，计算中需要做如下假定：
1）土体符合弹塑性材料特性，满足mohr-coulomb强度准则；
2）管线为等直径，等壁厚，由于管线变形很小，本构关系按线弹性考虑；
3）由于是对刚性管线进行分析，假定管节与管线接头刚度相同，同时为了简化计算，管线按无内压工况考虑。
1.2建立数值模型
隧道地下管线在隧道轴线上方7550mm偏右1250mm处，管线与隧道平行；内径5.7m，衬砌采用装备是钢筋混凝土单层衬砌，厚0.3m，隧道中心埋深为15.85m，计算模型长宽高为50m，40m，25m，管线为方形混凝土排水管，壁厚0.1m，长宽高分别为50m，2m，1.8m，将隧道中心位置设为坐标原点，X轴与隧道轴线正交，Y轴为隧道轴向，地下管线与隧道管片选用Shell63单元来模拟，用Solid45单元来模拟土体，网格为自由划分网格。
2计算结果分析
2.1数值模拟分析
选取X=10m处管线上方土层沉降进行分析，管线的沉降规律接近于累计分布函数，在隧道开挖面前方10m和5m处，管线沉降为+1.95mm和+0.94mm，即有一定的上升隆起现象，这与实际开挖下地表沉降规律相吻合，最终沉降约为45.4mm，与现场实测数据最终沉降相差不大。在本章下面的分析中，均采用1.2节模拟方法来分析各影响因素下的管线沉降，通过改变某一影响因素的值，对模型进行修改后再分析，得到各影响因素下管线的沉降变化规律。
2.2土质不同对管线的影响
本节主要针对3个在建地铁城市的土质建模分析，
1）不管粘土或砂土，管线沉降曲线类似于地表沉降槽曲线，最大曲线斜率随土刚度的增大而逐渐减小。
2）在同种土下，管线如果刚度越小，就有越大的主沉降区范围，沉降也就越大。所以，土体刚度的增大管线沉降可以有效减小，考虑经济实用，在实际中一般加固管线下卧层和隧道管片周围一定范围的土体。
3）相对刚度越大的管土，管线就会有越大的沉降，对土质进行分析时，管线的EI（刚度），r（半径）及i（沉降槽宽度）均为定值，对同种土，弹模E越大，则会有越大的压缩模量，B就越小，这就同图5中管线最大沉降随管周土E（弹性模量）的增加而逐渐减小吻合。
2.3不同管材对邻近管线沉降的影响
混凝土管、钢管、球墨铸铁管为常见的三种管材，
1）3种材质管材下隧道开挖造成管线沉降的变化规律基本一致，均与地表纵向沉降槽曲线类似，管线各点处的3条曲线切线斜率大致相同，主沉降区范围差别不大。
2）3种管线的弹模有很大差别，引起的沉降却相差不大，表明管线弹模的改变对其沉降没有太大影响。
3）在隧道掘进中，管线的沉降由两部分构成：a.管线下卧层土体引起的沉降；b.管线受弯引起的沉降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本章节对某一特定因素分析时，均是保持其他因素不变，可知这3种管材的EI差别很大，而只有较小的沉降差，这表明管线沉降主要是由第a部分管线下卧层土体的沉降引起的，而其第b部分本身受弯引起的沉降很小。此部分沉降主要对管线内力、应力产生影响，应在安全分析时加以重视。
2.4不同埋深对地下管线的沉降影响
随着管线埋深的增大，管隧间距则变小。
1）不同埋深所对应的地下管线沉降变化规律基本相同，曲线均类似于地表纵向槽。随着管线埋深增加而增大，曲线最大斜率也随之增大，然而对主沉降区范围影响不大。
2）由于隧道埋深为3m，4种埋深下的管隧间距约为3m，4m，5m，6m，管线埋深对管线沉降影响比较明显，管隧间距越小，管线沉降则越大。
2.5不同截面管材对管线沉降的影响
圆形、方形为常见的管线截面形式，假定管材、壁厚、管隧间距、施工参数等均一致，圆管（Ｒ=2.0m）与方管（2m×1.8m）。
1）圆形管与方形管的沉降规律曲线基本相同，与地表沉降槽类似，主沉降范围大致相同，两条沉降曲线大致重合。
2）由于截面差异较大，管周土体压力分布完全不同，最大拉应力差别很大，方形管的应力集中大于圆管，因此方形管相对圆管来说较不安全，所以圆管的使用比较普遍。
3实际监测数据分析
随盾构开挖的进行，地表上各监测点随盾构面可划分为盾构到达前、到达、通过时、盾尾通过后和后续沉降5个阶段。各监测点的沉降变化规律大致相同，隧道平行下穿地下管线的沉降具有以下规律：
1）地表监测点的沉降在以上5阶段的变化规律：盾构到达前表现为略微下沉，离管线较近时表现为轻微隆起；到达时，地表及管线沉降表现为少量上升。盾尾通过和后续沉降段，各监测点只是沉降，由于软土地区地表及地下管线沉降需要经过很长时间才会处于稳定状态，所以实际监测数据并不是最终的沉降值，然而后续的沉降值较小，可以忽略不计。
2）由监测数据可知，在距盾构面大约20m处地表及管线位移就开始受到施工影响，产生位移，在均匀土质、施工参数完全相同状态下，随盾构从各测点下穿过，地表及管线各测点沉降变化规律基本相同，但是下沉速率及沉降量大小并不完全相同。说明实际工况下各点的沉降量及变化速率受多重因素共同影响。
4地层及邻近建筑物处理措旋
4.1隔离法
在建筑物附近进行地下工程施工时，通过在盾构隧道和建筑物间设置隔断墙等措施，阻止盾构机掘进造成的土体变形，以减少对建筑物的影响。隔断墙墙体可由密排钻孔灌注桩、高压旋喷桩和树根桩等构成，主要用于承受由隧道施工引起的侧向土压力和由土体差异沉降产生的负摩阻力，使之减小建筑物靠盾构隧道侧的土体变形。为防止隔断墙侧向位移，还可在墙顶部构筑联系梁并以地锚支承。
4.2土体加固
土体加固包括隧道周围土体的加固和建筑物地基的加固。前者通过增大盾构隧道周围土体的强度和刚度，以减少或防止周围土体产生扰动和松弛。从而减少对近邻建筑物的影响，保证建筑物的正常使用和安全。后者通过加固建筑物地基，提高其承载强度和刚度而拟制建筑物的沉降变形。这两种加固措施一般采用化学注浆、喷射搅拌等地基加固的方法来进行施工。
结语
1）根据监测数据分析，主要研究地下管线在盾构施工影响下的沉降变化规律：隧道的主要影响区域内，管线监测点的沉降变化规律大致相同，沉降曲线规律接近于累计分布函数，且分为盾构到达前、盾构经过时、盾尾经过后及后续沉降等阶段。
2）隧道开挖对地表沉降的影响范围约为隧道直径的4倍，盾构掘进时前方土体稍微隆起，掘进过后则不断下沉，随掘进深度的增加，土体沉降速度逐渐变小。隧道断面上土体沉降曲线规律为隧道上方土体附近的沉降比较大，距离轴线越远沉降越小，竖向离隧道越远沉降也越小，每个沉降曲线均近似呈高斯分布。
3）对于同种地下管线下卧层土体，刚度越大，管线沉降越小。因此，增大土体的刚度可以有效地降低管线的沉降。对于影响管线沉降的本身参数来说，管材、截面形式等对管线沉降影响比较有限，而管线埋深则对管线的沉降影响比较显著。随着埋深的增大，管隧间距则逐渐减小，而沉降逐渐变大。
参考文献：
[1]王正兴，缪林昌，王冉冉，等。砂土中隧道施工对相邻垂直连续管线位移影响的模型试验研究[J].岩土力学，2013，34：143
[2]范德伟，宋晓光。盾构开挖对地下管线影响的数值模拟分析[J].燕山大学学报，2009，33（3）：247
论文作者:钟增光
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/25
标签：管线论文; 盾构论文; 隧道论文; 刚度论文; 地表论文; 建筑物论文; 规律论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;