地铁盾构施工对建筑物的影响及建筑物下穿施工技术

王海强

身份证号码：610404198712091017

摘要：近几年，轨道交通线路建设如火如荼，总投资额不断增加。但是，由于地下轨道交通作业环境复杂，盾构作业期间临近第三方建筑物损坏问题频繁发生，不仅影响地铁盾构作业顺利推进，而且对地下轨道交通线路建设效益造成了危害。因此，探究地铁盾构作业对建筑物的影响具有非常突出的现实意义。

关键词：地铁盾构；建筑物；下穿施工

引言

在多种因素的影响下，地铁工程过程中经常发生各种工程事故，而勘察不详施工不当、设计缺陷等因素是造成事故的重要原因。为加强施工阶段的风险管理，确保地下工程施工安全，需对其施工风险进行评估。目前常见的风险分析法主要有4种，分别为模糊综合评判法、专家调查法、层次分析法、和风险矩阵法。目前风险矩阵法比较流行且实用，是一种定量与定性相结合的风险评价方法。本文以天津地铁8号线沂长区间为例,对盾构施工段采用风险矩阵法进行安全风险分析，以确保工程顺利进行。

1地铁盾构施工对建筑物的影响

1.1计算模型

本隧道为地铁8号线沂山路站～长泰河东站区间。隧道出沂山路站后以半径800m曲线向南偏转，沿泗水道向北敷设，临近中水北方勘测设计研究有限公司后以半径550m曲线向北偏转，临近长泰河附近左线以半径1500m曲线向南偏转，右线以半径1200m向南偏转，到达长泰河东站。隧道有R=800m、R=550m、R=1200m、R=1500m的平面曲线半径各一处，区间线间距12.92m～15.7m，隧道纵断面呈V形坡。左线线路出沂山路站后以64.5m长2‰、230m长25‰下坡段、288.2990m长21.877‰、54.4m长2‰上坡段到达长泰河东站；右线线路出沂山路站后以64.5m长2‰、230m长25‰下坡段、290m长21.748‰、54.4m长2‰上坡段到达长泰河东站。期间穿越陈塘热电厂、中水北方设计院后横穿洞庭路及长泰河以及泗水道现状地下管线。结合隧道设计资料、盾构选型资料，设定隧道直径为5.9m，隧道埋深为11.49m～19.8m，计算模型边界尺寸沿隧道方向取54m，深度方向取10m，结合盾构Peck公式估算盾构开挖宽度，代入已有数据，得到沉降槽宽度。随后根据设计资料，取盾构隧道管片外径6.6m，内径5.9m，宽1.5m。同时，将注浆区域简化为一个等厚度、材料性质均匀、弹性的材料，注浆层厚度为盾构尾部空隙与周边土层性质系数的乘积，在周边土层为软黏土时，土层性质系数为1.6~2.0。

1.2模拟计算

在模型框架构建完毕后，采用Drucker-prager土体本构模型，模拟计算岩土力学参数，并在土体及隧道单元模型内计算管片、注浆层弹性模量、重度与高速公路路基弹性模量。向整个模型施加重力，近似获得初始地应力场，掌子面推力则由盾构外壳壁、前方土体与水体压力、周边土体摩擦力、盾构推进力共同组成，注浆压力为0.2～0.4MPa，模拟设计高速公路路基荷载（含高速公路自重、结构恒定荷载、由路基传递到高速公路上的线荷载）为40kN/m。在地铁盾构过程中，模拟盾构作业工具从邻近建筑多个水平距离穿越的情况，设定不同的隧道轴线、建筑物轴线距离，研究不同盾构方案下建筑物基础沉降、结构受力、地表位移、管片受力。为保证模拟精度，沿着隧道纵向划分15个作业周期，每一个作业周期为1个循环盾构过程，1个盾构循环为3.0m，1次进尺1.5m，在盾构穿越房屋基础纵向3.0m后一次性贯通。对于每一个作业周期，开挖循环核心土、管片层土体，并向掌子面施加顶进力，利用单位“x”进行盾构期间土体变化的模拟，并将管片层、注浆层单元材料转换为模拟参数，直到隧道贯通。

2安全风险评估及控制

2.1围护结构施工风险描述及其控制措施

围护结构施工的风险包括：槽孔歪曲，垂直度超出范围；槽底沉渣过厚，钢筋笼难以下放到位，引发槽内土体坍塌、预埋错位等；地连墙浇筑过程中中断时间过长，形成墙体缺陷，引发渗漏。围护结构施工风险控制措施包括：编制围护结构的建设方案，对关键工序进行设计与建设；选择经验丰富的施工队，合理使用机械；完善配套设施，严格控制泥浆质量，准备充足的备用材料、设备；加强现场管理，关键工序现场严格控制把关，确保各工序间连续施工；严格执行地连墙质量管理制度。

2.2结构施工风险及其控制措施

结构施工风险包括：混凝土结构架体搭设不规范，造成架体失稳；施工缝渗漏，基坑积水，边墙钢筋锈蚀。结构施工风险控制措施如下：针对结构、模板和脚手架专门编写施工方案；结构、模板、脚手架等施工必须严格按照已经批准的方案，若有变更必须经过审批；现场严格履行验收制度，严格控制地连墙的工程质量；基坑挖时，要及时对地连墙的渗漏点做封堵工作；做好各种缝隙、车站与附属、盾构敬意衔接处的防止漏水处理工作。

2.3应急预案工作流程

根据工程的实际现状，对施工风险和环境风险评估之后，针对本项目特别制定紧迫状况的应急方案。日常加强教育和演习锻炼，提高抢险小组及相关工作人员的实战能力，最大限度的减少损失。

2.4隧道进水风险的处理措施

盾构法施工段隧道周边的地质环境是重点管控对象，尤其是上水管道的位置、管道直径大小、水压、埋深及周边的地质条件。对于恶劣灾害性的天气如暴风雨等，要持续关注其动态并做出有效的防护措施。必须布置防水构造，并采用相应排水措施，如布置一些沙袋和水泥袋在隧道洞口处，防止水流入隧道。

3地铁盾构下穿建筑物施工技术

3.1盾构机调整与端头加固

在盾构作业前，技术人员可以编制专项盾构下穿建筑物操作方案，组织相关人员开展论证，确定盾构下穿建筑物操作方案合理性。确定方案可行性后，技术人员可以按要求组装土压平衡盾构机，并对盾构机配电系统、润滑系统、冷却系统、液压系统、注浆系统各项性能、功能进行检查，及时发现盾构机问题及时维修或更换，规避盾构机在穿越建筑物位置下方出现停机问题。特别是对于盾构始发、到达端头，根据拟建地铁盾构作业地层地质情况，技术人员可以利用常规素地连墙+一排三重旋喷桩+三轴搅拌桩加固方式，加固后，进行质量验收，确定端头加固效果与前期加固要求相符[5]。

3.2盾构推进

因工程所在地层未失稳软土与富水地层，技术人员可以选择土压平衡模式，经刀盘切削渣土，切削期间控制盾构推进速度、螺旋输送机排土量产生土仓压力（与土压力、水压力相平衡），稳固地层，最大限度降低盾构操作对既有建筑所在地表、地层的影响。同时技术人员应以管片脱离盾构尾部为依据，执行同步注浆，封闭土体、管片之间环形孔隙，促使管片在短时间内支撑地层，规避既有建筑物周边地面形状变化较大。具体操作时，技术人员可以依托第一节台车安装注浆泵、储浆箱、清洗泵、阀件，跟随盾构掘进过程，由储浆箱内泵出浆液，经4条独立浆液输送管道将浆液注入盾构尾部管片外表面环形孔隙。

结束语

综上所述，地铁盾构作业期间，因沿线建筑物与公用设施密集分布，极易扰动周边土体以及地上建筑物，甚至导致建筑物损害。因此，在盾构通过建筑物下方时，技术人员应有意控制盾构掘进参数、注浆参数，及时进行盾构尾部注浆，在恰当的时刻进行二次注浆，并适当增加浆液灌注量，避免超挖以及对地层扰动，减少地层变形引起的建筑物基础沉降。同时技术人员应在盾构作业期间开展跟踪监测，根据检测结果，及时调整盾构参数，规避既有建筑与盾构作业冲突，保证盾构作业期间周边建筑物安全运行。

参考文献

[1]贾志才.地铁盾构施工变形安全监测及预测分析[D].长安大学,2020.

[2]甄精莲,贾瑞晨.地铁盾构施工对邻近建筑物的影响研究[J].山西建筑,2020,46(05):129-130.

[3]白璐璐,马冬冬.地铁盾构隧道下穿建筑物施工影响区域划分研究[J].市政技术,2019,37(05):156-160.

[4]刘云壮.地铁盾构下穿施工对既有建筑物沉降影响研究[D].大连海事大学,2019.

[5]张睿.地铁盾构下穿立交桥施工技术研究[D].西南交通大学,2019.