关键词：地铁盾构，建筑物，地面沉降
引言
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。城市房屋、人口密集，因此就盾构掘进的施工安全问题就极为重要了，如何通过监测手段控制周边环境安全状态是一个命题。本文就石家庄地铁1号线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。
1盾构法施工原理
盾构机在实际使用的过程中其中所涉及到的盾所形容的实际上就是开挖面上具有良好稳定效果的压力舱、支护围宕盾构钢壳、刀盘等几个部分而这其中所涉及到的构实际上形容的就是隧道建设过程中形成隧道所必须的管片、注浆体等,通过这一施工形式能够最大限度的减少土层失稳的可能性。
2地铁盾构施工对邻近建筑物的影响
2.1地铁盾构施工对邻近建筑物产生影响的原因
在影响原因方面，国内外学者都进行了充分研究。其主要原因是地铁隧道挖掘工作会造成地层产生损失，地面原有的平衡结构遭到了破坏。具体而言，有以下五点原因:1)在盾构施工开展的前期阶段，需要对地面内部的地下水进行抽取，在进行地下水抽取的过程中可能会对土壤结构的支撑力有所破坏，造成地面沉降，破坏周边的建筑物。2)掌子面水平变化。在地铁隧道挖掘的过程中，会用相关的支撑设备对支护面产生支撑力，当这种支撑力和原始土壤结构的侧向应力互相平衡时，在开挖面的土体结构会和盾构方向保持同向移动，此种同向移动将会引发地面沉降，最终导致对周边的建筑物稳定性产生相应影响。3)在利用盾构法进行隧道施工的过程中，可能会由于人工操作误差、机器设备工作误差导致掌子面土壤层塌落对地面稳定程度造成影响，进而影响周边建筑物的稳定性程度。4)在地铁施工的过程中会造成土体挤入盾尾形成相应的空隙。在盾构施工机械中一般刀盘的直径都要大于盾体的直径，这种设备构造会导致盾体的周围与周边土体之间形成一个圆环状的缝隙。这种缝隙在施工到一定程度以后需要填注材料进行压实。如果不能够及时的将缝隙进行填充，可能会导致地表形变较为严重，进而对周边建筑物产生影响。5)在地铁隧道施工的过程中，相关管道会由于土壤压力和水分压力产生一定程度的形变，这种形变将会导致少量的地层损失。
2.2盾构掘进控制要点及措施
始发前，对于盾构机各个组成部分进行全面的维修保养，并经调试确保盾构机各系统、线路、管路等处于良好的工作状态。（尤其注意泡沫系统和同步注浆系统是否正常工作，土压传感器准确显示土压值）。盾构掘进时应及时根据地层情况进行添加剂的加入以改良土体（注意泡沫剂及TAC高分子材料的质量和添入量），防止结泥饼的产生，同时减少对地层的扰动，控制好掘进各项掘进参数。严格控制出土量，详细记录每一碴斗的出土量和掘进长度的关系，根据计算确定每一斗需要掘进的长度，在掘进中严格控制。
2.3对象的选取
在本隧道区间工程中，隧道走向与被侧穿桩基的建筑物走向基本一致，且纵向长度较长。故可将三维空间问题简化为平面应变问题进行分析。假设该处的地层按水平均匀分布，以建筑物桩基与隧道间距最小且最不利的断面为计算剖面。为研究隧道盾构施工对邻近建筑物的最不利影响，仅选取与隧道相距最近的单个桩基进行分析与计算。桩基侧面与隧道的最小净距为2．28m，隧道埋深取12．12m，桩基周围土体按地勘报告分层，由此建立相应的有限元计算模型。
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2.4地表水平变形
在地铁施工的过程中，可能造成地表水平发生变形，这种变形主要有拉伸和压缩两种，这种变化对于建筑物和其他相应设施的破坏作用非常大，由于建筑物的抵抗拉伸变形的能力相较于抵抗压缩变形的能力较小，因此在遭遇到地表水平发生拉伸变形时，地表上附着的建筑物设施的安全性将在很大程度上受到影响。在现在的建筑物设计方式中，对地表拉伸变形的抵抗程度较弱，在受到地表拉伸的建筑物上，建筑物的基础侧面受到了向外水平力的作用。这种向外的水平推力会导致建筑物开裂。这种开裂往往发生在建筑物的结构相对薄弱处，对建筑物产生的不利影响较为明显。
2.5为减小对周边环境扰动采取的控制措施
施工因素（土压力平衡的大小、衬砌后注浆是否及时、注浆填充率的大小等）对环境安全的影响很大，具体控制措施如下：1）通过优化掘进参数，以求得土仓压力与地层压力平衡，保持掘进面稳定。2）盾构在曲线上推进及盾构纠偏时，推进速度放慢，纠偏幅度不要过大，加大注浆量，加强纠偏测量等，减少地层损失，降低地面沉降量。3）通过对盾构机中盾上开设径向孔，及时向其中注入聚氨酯以弥补地层损失，控制地面沉降。4）同步注浆及二次注浆的及时跟进，在确保同步注浆的注浆压力及注浆量的同时，及时进行二次注浆，保证管片脱出盾尾后管片与围岩之间的空隙能够及时的填充并且快速固结，控制地面沉降。5）继续加强盾构掘进过程中的沉降监测，通过监测结果调整掘进参数，控制地表隆降。
2.6土体加固
土体加固都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刚度和强度而拟制建筑物的沉降变。以减少或防止周围土体产生扰动和松弛。
结语
盾构隧道施工引起了周边环境初始应力状态的改变，这种因受力状态的改变而造成的周边地表、建（构）筑物、管线等的变化在影响较大时，难免会引起周边地面塌陷或建筑物的不均匀沉降、倾斜等，从而造成较大的损失。本文通过对石家庄1号线盾构施工段地质情况与监测成果数据的结合分析，综合判断不同的参数状态下盾构隧道掘进对临近建筑物产生的影响。通过施工与监测的紧密结合，分析引起变形的原因，对盾构掘进施工参数进行调控，阻止沉降的进一步发展，确保周边环境安全：1）土仓压力的设置，偏小时导致沉降加大；2）随着盾构机掌子面距建筑物平面位置的变化，监测点的变化速率不断变化，距离较近时沉降较大，远离时沉降较小并逐渐稳定；3）在掘进参数设置恰当，注浆量及注浆时间的把握准确时，近距离侧穿浅埋基础建筑物依然可以保证建筑物的安全与稳定；因此掌握此类地层中盾构机掘进参数和建筑物沉降的相关关系，在今后类似的地质条件并采取安全有效的施工措施下，使盾构确定合适的施工参数，能够为盾构机侧穿临近浅埋建筑物的施工安全奠定基础；同时，结合监测数据结果调整注浆的点位和注浆压力等相关参数，能够真正做到信息化动态施工管理，为今后地铁建设施工提供参考。
参考文献
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论文作者:李迎春 刘墨池
论文发表刊物:《建筑实践》2020年1月1期
论文发表时间:2020/4/30