地鐵施工時對周邊房屋沉降位移的影響

紀翔鵬 付玉濤 魏 偉

（山東省第一地質礦產勘查院 山東濟南 250014）

0 引言

根據以往施工案例，在盾構機掘進過程中會對周邊房屋產生一定的位移沉降，分析其產生沉降的原因主要是在施工過程中原始土應力的釋放，孔隙水壓力的減少等，要使這些因素在施工過程中保持正常，就需要合理調整盾構機的施工參數，影響最大的施工參數主要是以下二個：注漿率、支護壓力比。本文主要通過調整施工參數來最大程度降低周邊房屋位移的沉降。

1 施工工藝參數

在盾構機施工過程中，其施工工藝的好壞對地表沉降影響較大，主要與注漿填充率、支護壓力比等有關。其施工質量的好壞主要體現在：由于注漿率，特別是盾構尾部處注漿不足引起的地表沉降；在隧道開挖面與襯砌裝置產生的支護壓力不足引起的地表沉降。

1.1 注漿率

在地鐵盾構機掘進過程中，在機械構造上盾構機尾部與土體會留有一定的空間，為了襯砌材料在施工時更好的與土體結合在一起，需要在其尾部進行泥漿事先填充。其填充率β與注漿率為正比例關系，即填充率β隨著泥漿注漿率的提高而提高。根據工程實際可知，填充率取值范圍一般β為=0.60～0.9。

1.2 支護壓力比

在地鐵盾構機掘進過程中，上方土體中的土應力會逐漸減少，為了不使地面發生大規模的沉降，需要施加支護壓力P，此值需要在原有壓力的一定范圍之內。設一參數為支護壓力比λ，如λ過大，說明施工的支護壓力大于原先的土體壓力，上方地面土體會發生隆起；如λ過小，則會發生土體的沉降。根據工程實際可知，λ取值范圍一般為0～1。

2 參數設計與分析

為了比較分析注漿填充率、支護壓力比這二個施工工藝參數對地表沉降的影響，設定一正交試驗，來定量的分析此二類因素影響程度的大小。設定注漿填充率為 β=0.7，0.8，0.9；支護壓力比為 λ=0.7，0.8，0.9，建立

5 組正交試驗，如表1所示。

選定某工程項目中的一盾構機的施工參數及工程參數：盾構半徑R=3.125m，泊松比v=0.3，土體彈性模量Eu=5.6MPa，天然重度r=18.5kN/m3，水平距離x=0，盾構機長L=8m，襯砌外半徑3m，盾構機鋼殼外半徑為6.12m。根據相關計算公式，對于地表沉降的計算結果如表2所示。

表1 參數設計

表2 參數設計計算結果

從以上表格可知，這二個施工工藝參數的影響主次順序為注漿填充率>支護壓力比，即要使地表沉降減小最有效的方法是提高注漿填充率。同時地表沉降值隨著注漿填充率，支護壓力比的增大而減小。

3 工程應用

3.1 工程概況

某地鐵1號線工程，全長32km，經過省會二個鐵路樞紐站，分二期施工，會通過幾大商業街區，周邊環境復雜多變。根據地質勘察，經過地鐵沿線的地質剖面主要集中在4-1土層中，是一種第四紀沉積物，有老粘土及老黃土，老黃土遇水后其抗剪強度會極速下降，極易坍塌，表現出一個土質特有的性質，工程勘察上稱為黃土的濕陷性。

3.2 施工工藝改進

當盾構機在黃土地層掘進過程中，就需要特別注意對含水量和土的孔隙率的把握，從這也可知看出影響黃土性質最主要的因素是含水量和孔隙比，因此在施工時對盾構的施工工藝，尤其是注漿率及支護壓力比的要求比較高。

根據對施工工藝中注漿填充率，支護壓力比這二個參數的設計計算與分析，得出增加盾構機掘進過程中的注漿率對減小周邊房屋地表位移沉降的效果最好，結合黃土地層特有的性質及特點，提出了以下幾點相對應的施工工藝方法：當黃土濕陷性較大時，需要事先通過降水，注漿等措施來提高黃土自身的強度，前期固結時間較短，可以充分利用襯砌和掘進的循環作業，來提高施工效率，減小施工周期；當黃土濕陷性較小時，對于襯砌施工可以適當的簡化，只需通過減小它的含水率，可以通過土壓平衡的方法來同時增加它的支護壓力比，加快掘進速度。

通過以上施工工藝的改進，在實際盾構施工過程中，遇到黃土地層時發生工程事故的情況大有改善，同時經過位移監測，發現對周邊房屋的位移沉降也在允許范圍內，滿足了工程設計要求。

4 總結

本文通過對施工工藝對周邊房屋沉降位移的影響進行具體分析，基于眾多施工案例，發現其中二個施工工藝參數對沉降位移的影響最大。根據施工時的實際施工參數和技術參數，發現這二個施工工藝參數的影響主次順序為注漿填充率>支護壓力比，即要使地表沉降減小最有效的方法是提高注漿填充率。

同時通過實際工程，針對特定的黃土地層，在盾構機掘進過程中制定了有針對性的施工工藝技術，在特定的時間來調整注漿率及支護壓力比，從而可以有效的提高施工效率，減少盾構施工時對周邊房屋位移沉降的影響。