重疊盾構地鐵隧道施工對臨近建筑物影響分析

鄭小艷，趙東平,李 奎,譚信榮

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031)

地鐵隧道修建中，因盾構法施工的特點，在軟土層中掘進隧道時會引起隧道開挖附近地層和鄰近建筑物不同程度的位移和沉降[1]。因此，在盾構開挖過程中加強周邊地表和建筑物的監控量測，通過將監測數據與預測值作比較，判斷上一步施工工藝和施工參數是否符合或達到預期要求，同時實現對下一步的施工工藝和施工進度控制，從而切實實現信息化施工；通過監測確保地下室樁基拔除及鄰近盾構施工期間周邊地下管線及建(構)筑物正常運行；通過監測及時發現工程樁拔除過程中的環境變形發展趨勢，及時反饋信息，達到有效控制施工對周邊地下管線及建(構)筑物影響的目的；將現場監測結果反饋設計單位，使設計能根據現場工況發展，進一步優化方案，達到優質安全、經濟合理、施工快捷的目的。

1 工程概況

上海軌道交通13號線隆德路站～武寧路站區間全長655.607 m，埋深8.7～21.7 m。本段區間左線隧道穿越土層主要為黏質粉土層、淤泥質黏土層，右線隧道穿越土層主要為粉質黏土層，采用盾構法施工。線路出隆德路站后，受吳淞江河床標高及長壽路兩側密集高層建筑物樁基控制，隧道采用上下行重疊方案布置，右線走下，左線走上，重疊段長227.545m，二者凈距約5.5～5.7m。

經過線路多次優化和比選，區間隧道須下穿天福大廈，穿越部位為東側主樓東北角部分地下室及車庫出入口。天福大廈北側(盾構穿越側)及東側與兩棟分別為7層和10層的住宅相鄰。穿越范圍內有10根φ800mm、長31m的鉆孔灌注樁侵入隧道內，需進行拆除處理。

2 盾構施工監控量測

2.1 監測項目

本次盾構隧道施工監測主要包括：建筑物沉降與傾斜、地表沉降和隆起[2]。各個測量參數的布置參見表1。

表1 監控量測匯總表

在監測過程中根據實際情況適當改變觀測頻率。在建筑物沉降與傾斜這一監測項目中，隧道下穿房屋前后20 m范圍時頻率應調整為3 次/d，隧道近距離穿越前后50 m范圍時頻率調整為2 次/d，當監測值變化速率大于2 mm/d時，頻率調整為2 次/d。在特殊天氣情況下的監測頻率適當進行調整達到加強監測的目的。對降水影響較大的施工場地影響范圍內的周邊環境根據現場情況監測頻率調整為2次/d。在監測結果穩定時可適當降低監測頻率。

2.2 監測點布置

周邊建筑物垂直位移監測和天福大廈立柱位移監測的監測點布置如圖1。盾構掘進穿越天福大廈時的地表沉降監測點布置如圖2。為監測工程施工對周邊建筑物的影響程度，擬在場地周邊建筑物上共布置36個垂直位移監測點，編號F1～F36；在施工開始前，對場地周邊的建(構)筑物進行現場觀察并拍照進行描述，對周邊的建(構)筑物上已有的裂縫設點并編號。施工期間加強對場地周邊建(構)筑物的巡視，如果有新裂縫產生，及時設置測點，以觀測裂縫的發展變化趨勢；布點時盡可能利用建(構)筑物上原有的測量標志，如果沒有測量標志采用在離墻角50cm處的墻面鉆孔，埋入彎成“L”型的φ14圓鋼筋，用混凝土澆筑固定；或用射釘槍直接打入鋼釘于相應部位；為了解工程施工對天福大廈地下車庫的影響程度，擬在地下車庫內選擇14根立柱布設垂直位移監測點，以測定立柱間差異沉降，編號L1～L14；為了測定縱、橫沉降槽曲線及最大沉降坡度、最小曲率半徑和沉降速率等，施工中按量測反饋資料，合理調整盾構正面壓力、出土量、壓漿時間和壓力、推進速度等施工參數，以達到控制沉降的最優效果。

圖1 周邊建筑監測點和立柱垂直位移監測點布置

圖2 天福大廈附近地表沉降監測點布置

3 盾構開挖監測數據分析

3.1 天福大廈監測數據分析

3.1.1 天福大廈垂直位移

圖3為盾構下穿天福大廈周邊監測點沉降曲線，從圖中可看出，盾構掘進天福大廈各監測點沉降不明顯，鄰近線路的監測點沉降量略微較遠離線路監測點沉降值大，盾構施工引起的差異沉降很小，經過9個月的長期監測盾構施工引起各監測點表現為整體均勻下沉，累積沉降值均在9 mm內，且趨于穩定。

圖3 盾構掘進時天福大廈周邊監測點沉降曲線

3.1.2 天福大廈地下室立柱垂直位移

圖4為盾構下穿天福大廈地下室立柱垂直位移曲線圖，可見第一次盾構下穿施工對立柱垂直位移影響不大，2013年10月3日隨著盾構第二次下穿天福大廈各監測點位置值突然增大，之后基本處于穩定狀態。經長期觀測，盾構通過后地下室立柱各沉降點豎直位移基本處于穩定狀態，且盾構引起的累積沉降值較小，各監測點累積最大沉降均小于7 mm，最大差異沉降小于5 mm。

圖4 盾構下穿天福大廈地下室立柱垂直位移曲線

可見，盾構下穿天福大廈時，天福大廈的實際變形值遠遠小于建筑物變形控制值，大廈處于安全狀態。這與數值模擬分析的結果相吻合。

3.2 對其他周邊建筑監測數據分析

圖5～圖7分別為盾構下穿天福大廈引起上海知音住宅樓(7層)、上海知音住宅樓(10層)、上海知音租售中心的沉降曲線。從圖5可發現，盾構掘進穿越天福大廈時引起上海知音住宅樓(7層)各監測點的豎向位移值在0坐標附近小幅上下波動，沉降不明顯，盾構穿越后各監測點均勻下沉，并最終趨于穩定，最終沉降值在-5.48～-1.42 mm之間。

與上海知音住宅樓(7層)類似，如圖6所示，盾構掘進穿越天福大廈時，上海知音住宅樓(10層)各監測點的豎向位移值在1.0坐標附近小幅上下波動，沉降不明顯，盾構穿越后各監測點均勻下沉，并最終趨于穩定，最終沉降值在-4.90～-2.90 mm之間。

圖5 上海知音住宅樓(7層)沉降曲線

圖6 上海知音住宅樓(10層)沉降曲線

圖7 上海知音租售中心沉降曲線

圖7是盾構施工引起上海知音租售中心的沉降曲線，從圖中可看出，盾構第一次下穿時，距離大廈較近的監測點出現較明顯沉降，在此期間最大沉降值22 mm左右，較遠的監測點豎向位移變化不明顯。盾構第二次下穿時，鄰近隧道線路的監測點再次發生較明顯沉降，如F32、F33、F35及F36，離隧道線路的監測點豎向位移變化不明顯，如F29、F30。盾構兩次下穿該建筑時均對其產生明顯影響，最大位移為-47.34 mm，但下穿后很快達到穩定狀態。

3.3 對地表沉降監測數據分析

通過各點監測數據分析發現，隧道橫向地表沉降規律性不明顯，說明盾構下穿的樁基托換位置地層極為復雜，地層變形影響范圍較大。因此，施工中應加強監控量測，并及時反饋給施工。圖8為上行線330環到355環盾構下穿天福大廈沿隧道縱向地表沉降圖。從圖中可看出，盾構兩次施工均對地層造成沉降，但影響不大，兩次累積沉降不到10 mm。長期監測發現，盾構施工完成后該段地表繼續沉降，各監測點沉降值均在20 mm內，小于控制值。

圖8 上行線掘進沿隧道縱向地表沉降曲線

4 結論

(1)通過施工期間監控量測發現盾構施工引起天福大廈各監測點整體均勻下沉；通過施工后長期監控觀測，天福大廈各監測點累積沉降值均在9 mm內，且基本穩定。天福大廈的實際變形值遠遠小于建筑物變形控制值，大廈處于安全狀態。

(2)盾構施工對上海知音兩棟住宅樓的影響較小，通過監測數據分析，盾構施工期間建筑物監測點最大沉降量均不足1 cm，且迅速達到穩定狀態。盾構兩次下穿上海知音租售中心時引起該建筑的沉降較大，最大值-47.34 mm，接近控制值50 mm，但隨著施工向前推進，盾構機遠離該建筑，變形迅速達到穩定狀態，建筑的結構安全未受明顯影響。

(3)盾構下穿天福大廈期間，地表沉降未出現異常，沉降值遠小于控制值。經過長期觀測，隧道地表在逐漸下沉，但地表累積沉降量仍然遠小于控制值。

綜上，盾構下穿天福大廈施工未影響天福大廈本身及周邊建筑的結構安全與正常使用，累積地表沉降量遠小于控制值，優質地完成了本段盾構施工。

[1] 龐旭卿. 監控量測在地鐵區間隧道盾構施工中應用[J]. 低溫建筑技術,2011,(9):107-108

[2] 張金菊. 盾構隧道引起土體變形分析研究[D].浙江大學,2006

[3] JGJ8-2007建筑變形測量規范[S]

[4] DG/TJ08-2001-2006基坑工程施工監測規程[S]