摘要：随着城市地铁建设步伐的加快，在选择区间线路上时盾构机不可避免的要穿越或侧穿建构筑物。盾构法施工技术虽然发展的比较成熟，但是在盾构法施工过程中会有不同程度的地面沉降和地层移动发生，进而传递到邻近建构筑物，对邻近建构筑物的安全产生一定的影响。因此，探索盾构法施工对邻近建构筑物的影响因素，最大限度的降低盾构法施工对邻近建构筑物的影响一直是大家所关心的问题。本文通过盾构穿越建构筑物的实际案例来阐述盾构法施工对邻近建构筑物的影响，分析沉降原因并总结施工对策。
关键词：盾构法施工；建构筑物；影响
引言
不同的地铁隧道施工方法对地层的扰动机理不同，从而对邻近建构筑物产生的影响也不同，即使是同一种施工方法，也存在许多影响地表和建构筑物沉降变形的因素。盾构法施工影响地层和建构筑物变形的主要因素有：①土仓压力设定不合理；当开挖面的支护力小于原始侧应力时，开挖面土体向盾构机土仓内移动，引起地层损失而导致盾构上方地层沉降。很多项目始发出加固体后地面沉降或塌陷就是这一原因。反之，当开挖面的支护力大于原始侧向应力时，则正面土体向上向前移动，引起负的地层损失而导致盾构上方地层隆起。②盾构机后退；由于特殊原因盾构机后退使开挖面塌落和松动造成地层损失，引起地层沉降。③同步注浆质量；由于在掘进过程中同步注浆量不足、注浆压力控制不合理或砂浆质量不符合要求等，使盾盾尾间隙没有及时填充到位或填充后没有及时凝固形成固结状导致土体失去平衡状态，向盾尾空隙移动引起地层沉降.○4盾壳移动与地层间的摩擦引起盾构壳体发生振动造成地层沉降。⑤操作不当或地质条件突变；因掘进时操作不当造成地层超挖，使开挖面形成较大空腔从而造成地层沉降。
1 工程概述
某地铁区间隧道左线线路长度为1312.89m，右线线路长度为1293.293m，线路平面最小曲线半径为340m，最大纵坡为11.7‰；区间管片采用预制钢筋混凝土管片，环宽1.2m，管片内径为5.5m。
该区间隧道下穿某小区1号楼，该楼结构形式为7层框架剪力墙结构，有效使用年限50年，基础形式为粉喷桩加条形复合地基，有效桩长10m；地铁盾构区间隧道埋深23m，与建筑物桩基净距11m。区间与小区房屋位置平面图见图1、区间与小区房屋位置剖面图见图2.
图1 区间与小区房屋位置平面关系图 图2 区间与小区房屋位置剖面关系图
2 掘进情况
左线盾构穿过小区1号楼后停机，根据现场监测数据发现房屋出现沉降最大沉降速率F46号点为-6.4mm/d，项目部立即从隧道内利用吊装孔对沉降区域进行二次补偿注浆，之后监测数据沉降速率均在-1mm左右。为了确保楼房安全，项目部立即恢复掘进，采取白天掘进晚上进行二次补偿注浆方式向前推进，随后监测数据趋于稳定后停止注浆，地面稳定后累计最大沉降值为F39号点，累计沉降-28.32mm。
右线盾构开始穿越该房屋掘进，开始出现沉降现象，且在掘进过程中发现中盾和盾尾连接部位出现异常响声，并伴随有轻微震动声响，项目部一边查找原因，一边洞内补充双液注浆控制沉降但效果不佳，由于此时盾构正好位于房屋下方无法停机检查，盾构掘进通过了该小区房屋，最大沉降点为F45，累计沉降为-51mm。房屋监测点布置图见图3.
图3 房屋监测点布置图
3 原因分析
3.1、地层影响
盾构穿越某居民小区期间上覆地层依次为：1-1杂填土，3-1a黏土，3-3淤泥质粉质黏土，3-4粉质黏土夹粉土，3-5粉质黏土、粉土、粉砂互层，4-1b粉砂夹粉土、粉质黏土，4-1粉细砂。其中房屋基础位于3-1a黏土及3-3淤泥质粉质黏土中，其中3-4粉质黏土夹粉土作为房屋持力层。盾构穿越地层4-1粉细砂层。盾构穿越某小区1号楼断面图见图4。
图4 盾构穿越某小区1号楼断面图
其中（3-3）淤泥质粉质黏土（Q4al+pl）：褐灰色，饱和，流塑状态，局部软塑。含有机质、腐殖物及少量云母片，局部夹薄层粉土。无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等。高压缩性土。
（3-4）粉质黏土夹粉土（Q4al+pl）：褐灰色，饱和。粉质黏土以软塑为主，局部流塑状态。粉土呈稍密状态。含有机质、腐殖物，局部夹淤泥质土。高压缩性土。
（3-5）粉质黏土、粉土、粉砂互层（Q4al+pl）：灰褐色，饱和。粉质黏土呈软塑～可塑状态，局部夹流塑状淤泥质土。粉土、粉砂呈稍密～中密状态。高压缩性土。
盾构穿越期间沉降数据统计图见图5：
图5 盾构穿越期间沉降数据统计图
根据监测数据反映，沉降速率最大值均发生在2月13日-2月15日左右，与盾构穿越建构筑物时间吻合，沉降均发生在盾构穿越前或盾构穿越中。且每个监测点的沉降趋势基本相同初步判断为盾构设定压力偏低或盾构掘进扰动地层产生的沉降。在F38号监测点单日沉降超过3mm后，项目已对土仓压力进行调整，盾构在穿越其他监测点时仍然出现极其类似沉降。
同时根据盾构穿越地层进行分析，作为房屋基础持力层的（3-4）层粉质黏土夹粉土呈软塑为主，局部流塑强度一般，压缩性高。该层土围岩类别为Ⅵ级，层间含弱孔隙承压水，围岩易发生坍塌变形，隧道开挖后因地下水作用下易造成土体压缩产生沉降。特别是在盾构穿越期间地层经过扰动后会造成此层土体内弱孔隙承压水流失，发生瞬时的沉降。因此对3-4粉质黏土夹粉土的扰动是造成地表沉降的主要原因之一。
3.2、掘进过程中壳体震动影响
右线盾构掘进时沉降监测数据统计图见图6。
图6 右线盾构掘进时沉降监测数据统计图
右线盾构在3月12日开始穿越某小区1号楼，于3月15日完成穿越，根据监测数据分析盾构穿越前、后及盾构穿越过程中均有沉降，且沉降最大位置随时间向前移动，移动速度和盾构掘进速度基本匹配，F32、F36、F42、F46、F48，且距离盾构越近的监测点显示沉降速率越大，距离盾构越远的监测点显示沉降速率越小，以沉降速率接近0的监测点到盾构距离为半径，以盾构为圆心画圆，圆内监测点都有不同程度沉降，圆外监测点监测数据则显示正常。
3月14日盾构位置 3月15日盾构位置
3月16日盾构位置 3月17日盾构位置
根据监测数据分析，盾构掘进时监测点沉降规律为以盾构机为圆心约30m半径范围内点都存在沉降，且沉降速率随距离盾构机距离的增大而减小。地层的震动导致上覆砂层和淤泥质黏土压缩产生沉降。
导致盾构掘进振幅过大的原因为：右线盾构穿越房屋掘进时处于350m小曲线半径，掘进过程中盾构壳体出现震动现象，砂层自稳性较差，造成沉降；盾构掘进出现震动现象初步怀疑是在进入小区掘进前利用刀具切削C80预应力管桩，造成刀具磨损，开挖直径缩小，另在小曲线半径掘进造成盾壳与地层的摩阻力产生了震动，引起地层的沉降。另外一种可能的原因是盾构在穿越房屋时同步在盾构后方位置进行双液注浆，可能浆液窜入盾壳背后，在盾壳上形成包裹体造成盾壳与地层的摩擦产生的震动异响，从而导致沉降。
4 建议及对策
4.1、盾构穿越建构筑物前，要详细了解分析该区域地质情况，掌握基础及结构类型，精确控制掘进参数，避免因操作不当或参数设置不合理造成沉降。
4.2、盾构穿越建构筑物前，必须做好应急设备、物资的储备，制定出应急方案，在施工过程中加强对作业人员的技术培训，提高全体参建人员的安全、质量意识和风险意识。
4.3、盾构穿越建构筑物前，利用钢板桩、地下连续墙、深层搅拌桩等组成隔断墙的墙体，减少盾构施工对隧道侧的土体的影响。
4.4、盾构穿越建构筑物前，对隧道周围的土体进行加固和建构筑物的地基进行加固，增加盾构隧道周围的土体强度及刚度，减少对邻近建构筑物造成的影响。
4.5、盾构穿越建构筑物前，加强建构筑物自身的刚度、以及对建构筑物的桩基基础进行托换，也可以减少盾构施工对邻近建构筑物造成的影响。
4.6、盾构穿越建构筑物前，尽可能的进仓检查刀具磨损情况，特别是在过小曲线半径前，必要时进行刀具更换，保证盾构的开挖直径，避免出现欠挖现象。
4.7、盾构穿越建构筑物时，保证二次注浆距离盾尾有一定的安全距离，避免二次注浆浆液包裹壳体造成壳体与地层摩擦，从而引起的壳体震动现象，使地层发生沉降。
4.8、盾构穿越建构筑物时，加强同步注浆的管理，确保浆液质量、注浆质量、注浆量满足要求。
盾构法凭其众多的优点，在城市地铁建设中被运用的越来越广泛，在许多场合已成为首选甚至唯一的方法。盾构法施工不可避免地对地表及其周边建筑物产生不利影响，城市地铁又由于其所处环境的特殊性，盾构法施工对邻近建构筑物的危害是值得进行更深入的理论研究和实践分析，从而减少盾构法施工对邻近建构筑物的影响。
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[7]叶忠（1981—），男，汉族，大学本科，学士学位，中级工程师，现主要从事盾构隧道施工技术研究及管理工作。
论文作者:叶忠
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/4
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