盾構施工對周圍環境的影響及其控制

高光明

摘要：盾構法具有不影響地面交通、對周圍建（構）筑物影響較小、適應軟弱地質條件、施工速度快等優點，在地鐵工程中得到廣泛應用。但是地下施工不可避免地會對周圍土層產生擾動，從而引起地面沉降（或隆起），這將使鄰近建筑物受到不同程度的影響，并可能危及地下電纜、水管、煤氣管道等設施的正常使用。因此，如何控制盾構施工，減少對周圍環境的影響，是地鐵隧道盾構施工中最關鍵的問題。本文分析了盾構施工對周圍環境的影響，并探討了其控制措施。

關鍵詞：盾構；周圍環境；注漿

一、盾構施工對周圍環境的影響

（一）對建筑物沉降影響

在盾構正常掘進地段，建筑物的沉降形式與地表沉降一致，最大沉降發生在盾尾脫出管片階段，在主要沉降影響區的房屋（在盾構隧道軸線兩側3m范圍）沉降大，主沉降區的房屋沉降一般在-15.0～-25mm；在主沉降區外的房屋沉降小，沉降值小于-10mm，距隧道軸線較遠（10m以上）地段，盾構掘進基本對房屋沒有影響，其沉降變化量在-4mm以下。造成建筑物沉降的原因主要有：（1）盾構推進的時候造成的地層損失，其中會有多種因素導致地表沉降，主要包括開挖工作面土體移動、盾構后退、土體擠入管片與盾構之間的建筑空隙、盾構施工中改變推進方向、管片的變形和隧道的沉降；（2）受擾動土的再固結，首先，由于孔隙水壓力在地層因土體中發生變化產生排水固結變形最終導致地面出現了沉降的現象；其次，土體在受到較大的擾動之后，就會有持續很長時間的壓縮變形出現在土體骨架當中，在這個土體蠕變過程當中就會出現地面沉降；（3）地下水流動。在深埋隧道中，地層損失造成的建筑物的沉降主要影響的是端承樁，而地下水大量流失造成地下水位下降則主要影響的是淺基礎和長度較短的摩擦樁，特別是基礎以下存在間隙率較大的地層，如中、粗砂層所造成的沉降較大。由于盾構機在掘進過程中，拱頂同步注漿普遍存在不密實情況，導致拱頂處沿隧道方向存在水力連通，當盾構長時間停止掘進時，地下水容易從盾構機后方流至開挖面，引起地下水大量流失，當地層起伏較大的地層或存在地質鉆孔封孔質量不好時，容易與上部地層形成水力通道，直接貫通隔水層引起地下水位下降；另外在含水量較大的地層中停機也會造成開挖面較大的水量流失。如在深圳地鐵一個工程實例，由于隧道上層覆土較淺，且土質松散，并有部分未封堵的地質鉆孔，由于形成上下貫通的水力通道，當盾構推過時，地下水下降達2m多，引起地表沉降達120mm，當調整盾構掘進參數、加大注漿量時，地表存在冒漿現象。

（二）對地下管線的沉降影響

隧道周圍地下管線主要有煤氣管、給水管、排污管。與隧道正交的橫斷面沉降基本呈正態曲線分布，與盾構掘進引起的地表橫向沉降槽相適應，在地下管線埋深較淺時，也可以地表沉降來代替地下管線的沉降。且此時地下管線的沉降長度較小。管線在盾構掘進主要影響區內的管線沉降大，主影響區外沉降小。

（三）對交通及周圍景觀的影響

盾構多在地面主干道路下穿行，因此，盾構施工可能會產生對地面交通和景觀的影響，具體表現在以下幾個方面：（1）盾構施工產生的地表隆沉可能會影響地面車輛的行駛；（2）盾構工作井區域內的施工活動如行車的移動、管片的堆放等均需占用一定的場地，從而不可避免地會影響到交通的運行；（3）地鐵多在城市繁華地段穿行，因此，盾構施工時對城市景觀尤其是對市民或游人的視覺也會造成一定程度的影響。

一、盾構施工對周圍環境的影響控制

（一）合理選擇參數

盾構機掘進施工過程中，首先應當確定穿越建筑物施工的試驗階段，以保證施工質量及效率，在此過程中要明確盾構機的掘進參數，同時結合地面所穿越建筑物的特點及地面沉降情況適當調整掘進參數，以對盾構局掘進機的各項功能進行調整，保證掘進施工順利進行，并盡量減小周圍建筑物及地下結構的破壞。

（二）同步注漿

同步注漿是通過同步注漿系統及盾尾的注漿管，在盾構向前推進、管片背部建筑空隙形成的同時進行，漿液在空隙形成的瞬間及時填充，從而使周圍土體及時獲得支撐。可有效地防止巖土的坍塌，控制地表的沉降。嚴格保證在盾構掘進過程中選用高質量泥漿，控制泥膜的形成速度和泥膜形成的質量，確保掌子面的穩定。保證對于注漿量和注漿壓力的有效監測與控制，確保注漿量達到3.5m3以上，注漿壓力約0.16MPa，壓漿量占空隙約200%，以便達到延緩建筑物沉降的目標。

（三）控制出渣量

地表隆起的主要原因是盾構正面對土體的推進力大于原始側向力，因此在實時監測的情況下，可以根據地表隆起狀況調整推力、出碴速度，達到降低地表隆起的目的。地表沉降是由于開挖面推力小于原始側向應力而引起，通過減少出碴量，提高正面壓力，達到控制沉降的目標，并保持開挖面的穩定。在采用盾構掘進法進行穿越建筑物施工的過程中，應當加強出渣量控制，以防止出現隧道超挖及地面沉降的情況。對于出渣量的控制，施工企業應當根據地層出渣量情況進行統計分析，得出相應的規律性變化，并計算出出渣量的范圍，即每環在45-50m3范圍內。在穿越建筑物的施工過程中發現，掘進過程中的切口環附近地面沉降在2-3mm范圍內，這樣則表明出渣量及挖倉壓力處于合理范圍，沒有出現過量掘進或超挖的情況，從而保證地表建筑物的穩定性，并促進穿越建筑物施工技術水平的提升及工程施工進度加快。

（四）盾構穿越控制

盾構通過時的沉降是無法避免的，但是如果超限，可以通過采取調整掘進速度，及時注漿等，使盾尾后隧道周邊的土體及時處于三向應力狀態，從而達到有效控制地層的彈塑性變形。

盾構通過后，由于應力松弛的影響，地層還會發生固結沉降，根據地面實時監測結果進行實時控制，在管片襯砌背后實施回填與固結注漿，尤其是對拱部120°范圍進行地層加固注漿。

盾構在曲線推進、糾偏、抬頭或叩頭推進過程中，實際開挖斷面是圓形而變為橢圓，從而會引起附加變形，此時應調整掘進速度等，達到減少對地層的擾動度和減少超挖的效果，從而減少變形。

（五）施工監測措施

在施工過程中，加強對下立交的監測，監測的內容應包括沉降監測、位移監測以及側斜等。監測管理可分為通過前、通過中、通過后三個階段來實施。特別是在接近下立交區域的前方區段，對相似土層條件的地點進行監測，掌握盾構施工對土層的影響，進一步優化施工參數。通過時的監測是為監測下立交的安全進行的，如發現監測值或監測變化值超過警戒限時，需停止盾構施工，查明原因，并及時采取有效加固措施，對下立交進行保護。在確認下立交安全后再開始推進。通過后的監測，一般此時變化數值逐步變小，在變化逐漸穩定之前一直要進行，但可以適當減少監測的頻率。

結束語

隨著國家、城市的經濟發展，地鐵成為交通繁忙、人口密集城市的重要交通工具。在地鐵盾構隧道施工期間，不可避免地要近距離地下穿地面建筑物，在穿越期間，由于地層受擾動、超挖引起的地層損失及應力改變等原因都可能造成地面建筑物出現沉降、位移，從而引起建筑物出現裂縫、傾斜甚至倒塌，給人民的財產、安全帶來威脅，還會對地下管線、交通等造成不良影響。因此在盾構施工中應當采取多種措施實現對周圍環境影響的控制，確保施工安全。

參考文獻

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