摘要：城乡一体化进程的逐步加快导致各大城市人口激增，城市交通面临严峻挑战。为解决城市的交通压力，地铁建设势在必行。盾构法以其施工安全、操作便捷等优势，得到全面的推广与应用。但此法施工会引发地层损失，严重时，则会造成地表塌陷、管线破裂、墙体裂缝等不良现象，影响周围环境。本文以某地铁A站到B站区间隧道盾构施工为背景，对盾构掘进引发的邻近建筑物沉降进行了分析。
关键词：盾构法；隧道；建筑沉降；控制措施；数值模拟
1前言
隧道地铁施工的主要方法中，盾构法凭借高水平的机械化施工技术崭露头角。其原理是利用盾构刀盘正面切削土体，使渣土顺利进入土仓，并保持土仓内外压力平衡，以减少盾构推进对土层的扰动，从而控制地表的隆陷。盾构施工技术具有速度快，安全性高，对围岩扰动小、地表沉降易控制，可长距离掘进，不必大面积降水等优点。由于盾构工法自身的特点，在城市轨道交通施工中作用显著。它可以克服常规暗挖法不易克服的困难，对一些特殊地段、地层进行施工，如上软下硬、地下水丰富等地层。但其也具有施工工艺复杂、造价高、在饱和软质地层中推进，地表沉陷风险较大等缺点。
数值模拟法主要分为有限单元法、边界元法、有限差分法、随机介质理论等。利用数值模拟法可以方便的模拟出盾构施工过程中引起的地表变形规律以及开挖面土体的应力变化规律。
2岩土工程条件
本区间地层自上而下为杂填土、粉土、粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、中砂、圆砾、粉质黏土、粉细砂、粉质黏土。地面标高为38.60～39.82m。地下水类型主要有上层滞水、潜水和承压水。本区间地层第四纪沉积韵律较为明显，地层组成自上而下为杂填土、粉土、粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、中砂、圆砾、粉质黏土、粉细砂、粉质黏土。地面标高为38.60～39.82m。地下水类型主要有上层滞水、潜水和承压水。隧道顶板埋深16.0m，隧道直径6.0m，左右双线隧道，间距8.4m，靠近建筑物一侧的右线隧道距离建筑物基础边线6.5m。隧道穿越地层为粉质黏土和黏质粉土。
3盾构法引起地层移动的影响因素
盾构法对土体产生扰动，造成地层位移，形成地层损失。
3.1开挖面土体移动
开挖面土体在盾构掘进过程中，所受的水平支护应力不断减小，至无法承受土体自重，导致土体不断向盾构方向移动，形成地表沉降；盾构掘进压力不断变化，导致盾构无法平衡掌子面前方土体的原始侧向力，导致盾构前上方地表隆起。
3.2盾构后退
盾构暂停推进时，因千斤顶自锁性能差、管片拼装时千斤顶缩回个数过多等都会导致盾构后退，造成土压平衡失效，形成地层损失。
3.3改变推进方向
盾构机沿曲线推进
超挖或欠挖时，所形成非圆形开挖面，导致地层移动。盾构纵向中心线与隧道纵向中心线的夹角增大时，土体的扰动程度也随之增大，地层移动将更加明显。
3.4土体进入盾尾空隙
注楽及二次补浆不及时、注浆参数不适当等导致盾构尾部土体失稳而向空隙中移动，引起地层损失，在含水不稳定地层中尤为突出。
3.5土体的固结沉降
盾构掘进与地层之间产生的静孔隙水压力区遭到破坏时，静孔隙水压力变为零，区域消失，地层压缩产生主固结沉降。主、次固结沉降是地表沉降的重要原因。
3.5水土压力作用
水压力对衬砌混凝土管片不断作用，导致轻微变形，地层产生微量移动。
3.6地质条件突变等
技术人员操作失误或地质条件因环境发生突变时，导致开挖面周围土体的异常变形，形成不正常地层损失，产生部分沉降。
4数值模拟分析
4.1模拟步序
首先，将重力载荷应用于模型，然后使模型重力应力作用下稳定，研究了重力作用下土体的变形行为。然后根据土体位移、应力场、建筑荷载、在建筑物荷载平衡情况下的模型，对荷载作用后建筑物的变形情况进行研究；然后，对建筑荷载引起的土体位移变形进行清楚，模拟左线开挖，设置盾构管片，并及时进行注浆，获得了左线开挖对建筑的影响。最后，对右线开挖进行了模拟，分析了左右线的沉降变形。
4.2盾构施工模拟结果分析
通过建筑的中心纵向横向表面沉降槽曲线如图1所示，沉降曲线基本沿隧道轴中心对称，曲整体相对平稳，建立物所在节曲线变化明显，近似直线和转折点，这表明保护现有建筑的影响；地表的最大沉降值发生在隧道轴线的中心，而右轴的地表沉降值略大于左侧。建筑地基不均匀变形由于隧道开挖隧道一侧附近的建筑物基础沉降值最大，为3.9848mm，远离隧道一侧地基沉降小，沉降值为1.1301mm，建筑的沉降响应实时监控，必要时采取适当的地层加固措施，同时对隧道支护参数进行调整。
图 1 地表横向沉降曲线
5监测点布置及监测结果分析
5.1监测结果分析
建筑物的沉降历时曲线如图2所示。由于盾构与建筑物的垂直隧道施工平行，隧道一侧各测点的沉降差不大。在屏蔽层出现之前，表面上出现了一定的隆起，相邻隧道一侧的CD22 - CD25沉降量要比隧道一侧的测点CD18 - CD21大得多。在监测过程中，建筑物沉降的累积最大值出现在测点CD24上，最大沉降量为-3.69mm，位于建筑物相邻隧道的一侧。分析了沉降测点的监测数据分析结果，并对盾构施工前后各测点的沉降数据进行了分析。
图 2 建筑物沉降历时曲线
5.2建筑物整体倾斜
对建筑物整体倾斜的观察可以反映建筑物上部结构的位移。图3为构建倾斜历时曲线，从图可以看出，除了建筑上变形缝两侧的个人时间有很大波动，整体建筑随着时间波动不是很大，两个方向的变化是相对稳定的。在建筑完成后的一段时间内，在纵向和横向向下倾斜的建筑物，在一定程度上，水平和垂直倾斜在0.010%，各方向上倾斜基本稳定。
图3建筑物倾斜历时曲线
6地基沉降实测与数值模拟结果对比
实测和数值模拟都表明，靠近隧道一侧4个点的沉降值大于远离隧道一侧的4个点的沉降值；盾构隧道施工引起的建筑物沉降较小，8个监测点中最大实测值为3.69mm；所监测的8个点实测值与数值模拟结果基本吻合，只有少量的偏差，这说明数值模拟能较好的反映盾构隧道施工对邻近建筑物的影响；数值模拟结果显示，在靠近隧道一侧或远离隧道一侧4个点的沉降值相差不大，而在同一条侧线上4个测点实测值相差较大，如CD18测点的沉降值是0.99mm，而CD19测点却只有0.39mm，说明建筑物产生了不均匀的沉降。这是由于实际施工时，对建筑物周边地基进行了注浆加固等措施，而数值模拟未考虑此影响。
7结束语
数值模拟和实测数据表明，由盾构面引起的沉降是这种建筑的基本倾斜度和测量点和隧道的距离、测点的距离和隧道距离越近、测量数据越高，反之亦然。同一测线上4个点沉降值不同，即说明在相同的条件下，该建筑物在与隧道距离相同的情况下，沉降值受纵向距离影响，盾构施工引起建筑物产生一定的不均匀沉降。
参考文献：
[1]朱鑫磊.地铁盾构穿越建筑物沉降控制措施[J].广东建材，2016（02）
[2]容继盘 卢鹏 李弈杉等.基于地质区划下地铁盾构引起的建筑物沉降预测[J].广西大学学报（自然科学版），2017（02）
[3]韩德元.地铁盾构施工对邻近建筑物的影响研究[D].辽宁工程技术大学，2010
[4]麻凤海 季峰.地铁盾构施工引起邻近建筑物沉降的数值拟合[J].徐州工程学院学报（自然科学版），2016（06）
论文作者:赵震
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/22
标签：盾构论文; 隧道论文; 建筑物论文; 地层论文; 数值论文; 地表论文; 黏土论文; 《基层建设》2018年第12期论文;