復雜地層盾構施工對地表建筑物變形研究

宋曉峰

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

復雜地層中盾構側穿建筑物引起地表變形影響因素繁多，地表變形不可控性更大，只有找到對地表變形影響較大的因素，才能有針對性、有效地采取施工應對措施，以期做到降低軟硬不均復合地層中盾構側穿淺基礎建筑物的施工風險，減小盾構對周邊建筑物的影響程度。郭雙喜[1]、饒宇[2]對該盾構區間隧道所獲得的地表沉降監測數據進行分析和處理。分析了影響沉降的因素；李濤等[3]基于隨機介質理論，考慮巖層與土層性質差異性，將地層分為巖層與土層兩部分，建立了雙層介質計算模型。孔德駿[4]總結概括已有盾構施工引起地表位移的理論基礎，對實際工程盾構施工參數和地表位移數據進行分析。

1 盾構側穿側穿建筑物案例

廣州地鐵四號線南延段土建3 標大涌站到塘坑站區間場地地面條件較為簡單，線路周邊場地現狀主要為道路及綠化用地及企業用地，左右兩側以村鎮民居、商鋪為主，區間位置如圖1 所示。

圖1 大涌盾構法區間平面示意

取盾構側穿側穿建筑物最具有代表性的部分，層數最多一棟建筑物1 為研究對象進行研究，隧道與建筑物關系剖面示意如圖2 所示。

圖2 隧道與側穿建筑物1 關系剖面示意

2 復雜地層中盾構側穿建筑物沉降預測分析

2.1 建筑物結構變形分析

2.1.1 沉降分析

根據現場實際施工進度，工程是左右兩個隧道依次開挖，先開挖右線隧道，后開挖左線隧道，進行有限元數值分析時，模擬區間隧道采用盾構方式向前掘進，步長為6 m，Y 方向為120 m，右線先掘進60 m，后左右兩線同時掘進，這樣左右兩線就有30 個施工步。當隧道右線和左線分別開挖到建筑物下時，建筑物均出現較為明顯的沉降。測點5 和7 沉降最大，最大沉降為7.69 mm。

2.1.2 傾斜分析

由表1 可知：有限元預測的隧道開挖引起的垂直隧道走向方向差異沉降最大，最大差異沉降為8.91 mm，沿隧道方向的差異沉降率最大，最大差異沉降率為0.801‰。

表1 施工過程中兩棟建筑物傾斜表

2.2 注漿壓力與淺基礎的影響分析

取最不利工況，即淺基礎建筑物位于兩隧道正上方，建筑物長14 m，寬10 m，左右兩個隧道依次開挖，先開挖完右側隧道再開挖左側隧道，考慮到隧道沿線周邊大部分建筑物的基礎為混凝土獨立淺基礎，只模擬獨立淺基礎情況，基礎埋深為-4 m。注漿壓力分別取0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa、0.5 MPa、1.0 MPa。不同注漿壓力下淺基礎最大沉降如圖3 所示。

圖3 不同注漿壓力下淺基礎的最大沉降

（1）當左線區間隧道掘進到60 m 時，基礎有明顯向上隆起發生，最大抬升量為16.7 mm。當盾構通過淺基礎后，由于注漿壓力消散，淺基礎沉降明顯增大，盾構推進到右線60 m 左右位置時，淺基礎也發生了明顯隆起。

（2）當地面注漿小于0.3 MPa 時，盾構通過淺基礎60 m 后，淺基礎沉降有所增長（圖3）；當地面注漿大于0.3 MPa 時，盾構尾盾掘進離開基礎60 m 后，淺基礎變形趨勢較小，故本節研究建議施工時注漿壓力不宜小于0.3 MPa，宜取0.3～0.5 MPa，由埋深-13 m 及上覆土體重度計算，考慮地下水位的影響，盾構注漿范圍的上覆土體壓力為0.2～0.3 MPa，故注漿壓力應略大于隧道拱底的水土壓力。

3 結束語

（1）復合地層盾構隧道施工對下穿建（構）筑物施工變形預測。利用數值模擬手段對復雜地層中盾構側穿淺基礎建筑物的地表沉降進行了預測分析，分析了可能的沉降規律，并針對沉降規律給出了施工中控制建筑物及地表沉降變形的工程措施。

（2）同步注漿和二次注漿對盾構隧道側穿建筑物變形控制非常重要，因此研究了注漿層彈模和注漿壓力對隧道側穿淺基礎建筑物的影響。結論如下：通過提高注漿層后期強度來控制淺基礎沉降的方法效果較差，可通過外加劑的加入，提高漿液注入層的初期強度，以確保淺基礎不會產生較大變形。

當注漿壓力較大時，淺基礎會發生隆起，當盾構尾盾掘進離開淺基礎后，由于漿液注射層內部壓應力消散，對淺基礎影響較大，使其產生過大沉降變形。