盾構隧道掘進對建筑物的影響及其控制技術研究

田憲國

(中鐵十三局集團公司 第二工程公司，廣東 深圳 518083)

1 工程概況與地面建筑物特點分析

1.1 工程概況

深圳地鐵2號線東延線工程，線路從世界之窗向東北方向延伸，經歡樂谷、華僑城、安托山后沿僑香路行進，經蓮花路向南至新洲路，再向東至深南大道，沿深南大道延伸至黃貝嶺站。全長約19.04 km，均為地下線。設車站16座、兩主變電站及后海停車場一處，區間為雙線地下隧道。本文分析的香梅北站—景田北站區間線路出香梅北站后，下穿福田區外國語學校操場，在建沁景園，再橫穿景田北街后，穿越景蜜花園、紅蜻蜓幼兒園、景秀中學操場，進入蓮花路，沿蓮花路向東延伸，進入景田北站。

1.2 地質條件分析

工程區間未見地質構造，隧道穿越地層較為簡單。主要為沖洪積層、殘積層、全 ～微風化巖層，下伏燕山期()花崗巖及震旦系()花崗片麻巖，花崗巖與花崗片麻巖為侵入接觸。區間范圍內地表水主要為新洲河河水，新洲河發源于梅林水庫北側山間溪谷，于蓮花山西側向南延伸，于漁農村匯入深圳河，長約9 km。新洲河為梅林水庫的主要泄洪河道，為景田北、新洲路一帶地表水流的匯聚地和排泄通道，夏季水量豐沛，常年流水，水量隨季節變化較大。

1.3 隧道沿線的建筑物調查與分析

地鐵區間隧道沿線的建筑物主要有景蜜村安居房16#樓和紅蜻蜓幼兒園等，其結構、與隧道的關系以及埋深等具體參數列于表1。

由表1可知，按建筑物本身結構特點，并結合與隧道位置的關系及距離，位于左線正下、右線側下的各安居樓房以及紅蜻蜓幼兒園較為危險。

2 盾構隧道掘進對建筑物的影響分析

按照對地鐵線所處區段地表建筑物的調查結果，選取景蜜村安居房16#樓和紅蜻蜓幼兒園等代表性建筑物對盾構推進引起的建筑物變形進行分析。

2.1 景蜜村安居房16#樓

景蜜村安居房16#樓的結構特點與參數見表1，其與隧道位置關系如圖1所示。

依據樓房與隧道的位置關系及參數，建立隧道推進有限元數值計算模型，見圖2。由圖2并結合計算可知盾構推進完成時的整體變形結果，建筑物的最大沉降量為18 mm，差異沉降為4 mm，由建筑物寬度為9 m計算得傾斜率為1/2 250。依據《建筑地基基礎設計規范》，結果滿足建筑物地基任意點附加沉降量應≤20 mm以及傾斜率應≤1/500等規范的限制要求。

2.2 紅蜻蜓幼兒園

紅蜻蜓幼兒園的結構特點與參數見表1，其與隧道位置關系如圖3所示，計算模型見圖4。

由圖4并結合計算可知盾構推進完成時的整體變形結果，建筑物的最大沉降量為15 mm，差異沉降為2 mm，由建筑物寬度為8 m計算得傾斜率為1/4 000，結果滿足建筑物地基任意點附加沉降量應≤20 mm以及傾斜率應≤1/500等規范的限制要求。

表1 香梅北站—景田北站區間沿線部分主要建筑物

圖1 景蜜村安居房16#樓與隧道位置關系(單位:尺寸 mm;高程 m)

圖2 隧道穿越景蜜村安居房16#樓模型及穿越后變形結果

圖3 紅蜻蜓幼兒園與隧道位置關系(單位:尺寸 mm;高程 m)

圖4 隧道穿越紅蜻蜓幼兒園模型及穿越后變形結果

3 穿越地面建筑物變形控制技術分析

3.1 工程措施

對于景蜜村安居房16#樓，按目前的施工經驗及計算結果看，不采取工程保護措施也不至于影響建筑物的正常使用和安全。但考慮到施工不確定性影響且位于居民小區，樁端距隧道頂較近，隧道開挖可能引起樁基礎承載力的衰減，一旦出現事故將會造成較大的經濟損失和社會影響。因此，有必要采取諸如注漿等地基加固措施對建筑物加以保護。

對于紅蜻蜓幼兒園，由于建筑基礎形式為條形基礎，且為3層框架結構，盡管計算結果在允許范圍內，但考慮到施工不確定性影響且位于幼兒園正下方，還須采用地面注漿等措施來改善建筑物下方的土體性質，以此減小盾構開挖對建筑的影響。

依據工程相關理論與技術，結合計算結果、工程經驗及社會影響，經研究比選，本工程提出的相應措施列于表2。

表2 地面變形控制措施

3.2 盾構控制技術

依據盾構技術，在穿越建筑物時，盾構施工對土倉壓力、同步注漿壓力、推進速度以及盾構掘進姿態的控制等幾個方面，必須進行合理控制。

3.2.1 土倉壓力

為克服建筑物荷載附加應力引起的地層應力場變化，在進入建筑物影響的范圍內，開始調整盾構土倉壓力。在推進速度不變的情況下，減小螺旋輸送機轉速。在本工程實際推進中，均根據現場情況確定穿越建筑物時土倉壓力調整值。

3.2.2 注漿壓力

盾尾同步注漿具有及時填充盾尾間隙、確保管片襯砌的早期穩定(外力均勻)、防止地層變形的作用。當注漿壓力相當于隧道埋深處的地層應力時，對減少地層損失和地表沉降量效果最為顯著。當盾構通過建筑群時，根據計算出的實際應力來增大注漿壓力，以此來控制地層變形并保證隧道結構質量。

3.2.3 推進速度和出土量

盾構推進速度對地面建筑物的隆沉變形有明顯的影響。綜合考慮盾構推進速度與土倉正面土壓力、千斤頂推力、土體性質等因素，結合以往類似盾構穿越建筑物群的經驗，盾構掘進速度建議控制在8～12 mm/min。盡量保持推進速度穩定，確保盾構均衡、勻速地通過建筑物群，以減少對周邊土體的擾動影響，以免對上部建筑物結構產生不利影響。

3.2.4 盾構姿態控制

由于掘進過程中開挖面土壓力和盾殼外圍土壓力的不均衡性，地下土層變化及其他方面的影響，盾構機的實際推進軸線無法與理論軸線保持一致。為此，通過分析實際施工中取得的可靠控制數據，給出不同地質條件下的千斤頂參考推力，為盾構機司機提供控制參考值，從而有效地實現盾構姿態的控制，使其實際的行進路線與設計路線盡量一致，提高施工質量。

4 結語

在香梅北站—景田北站區間線路盾構隧道穿越地表景蜜村安居樓房和紅蜻蜓幼兒園等代表性建筑物的過程中，各建筑物的結構均未出現異常，地基應力與變形均在允許范圍內，地基沉降與變形在合理范圍內，控制技術以及相關措施可保證地表建筑的結構安全。

1)依據深圳地鐵2號線東延線香梅北站—景田北站區間線路的地質條件，并結合地表建筑物特點及其與隧道的關系，分析出的盾構掘進對建筑物的影響和計算出的變形結果，能夠正確反映工程施工的實際情況。提出的穿越地面建筑物的變形控制技術，可以確保地鐵隧道本身和地表建筑物的安全。

2)由于地質條件、隧道形狀與尺寸、掘進施工方法，特別是地表建筑物本身結構特點以及與隧道的具體關系(位置和距離等)的不同，對此類具體施工控制技術與方法還須繼續大力研究。

［1］鮑永亮，鄭七振，唐建忠.盾構隧道穿越既有建筑物施工技術［J］.鐵道建筑，2009(4):52-55.

［2］高江.城市地鐵車站施工方法選擇研究［J］.工程建設與設計，2009(09):128-131.

［3］中華人民共和國建設部.GB50007—2002 建筑地基基礎設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［4］關寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2003.