楊開艮

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)城市化水平不斷提高，城市交通擁堵是人們面臨的一個(gè)難題，而修建地鐵是緩解交通壓力的有效途徑，因此我國(guó)加大對(duì)地鐵的修建力度。盾構(gòu)法是修建地鐵時(shí)常用的方法，因?yàn)樵谛藿ㄟ^程中會(huì)穿過鬧市區(qū)或者建筑物等，這種方法屬于暗挖施工法，但是仍然會(huì)擾動(dòng)周圍土體，如果施工不當(dāng)，會(huì)引發(fā)一系列事故，比如地面下沉、隧道破壞以及鄰近建筑物倒塌等。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；盾構(gòu)法；地面沉降

我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，交通壓力日益突顯，城市軌道交通的建設(shè)可顯著緩解交通壓力。城市軌道交通的修建存在一定難度，它通常穿過城市中心地帶，建筑物分布較多，再加上地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，無形中加大施工的難度。盾構(gòu)法對(duì)地層的適應(yīng)性較強(qiáng)且影響小，是城市地鐵修建過程中常用的方法。但是在具體施工過程中，不僅要考慮盾構(gòu)隧道自身的安全，還要考慮到其在推進(jìn)過程中對(duì)周圍事物影響。盾構(gòu)法施工不可避免的會(huì)對(duì)地層造成影響，當(dāng)引起地層嚴(yán)重變形時(shí)，會(huì)危及鄰近建筑物。在使用盾構(gòu)法施工過程中，要及時(shí)采取措施，將對(duì)周圍建筑物的影響降低到最小。

1 盾構(gòu)施工法簡(jiǎn)介

盾構(gòu)施工法是修建地鐵隧道常用的技術(shù)，它是原理是使用盾構(gòu)機(jī)在地下進(jìn)行挖掘，在防止開挖面坍塌的同時(shí)進(jìn)行開挖和襯砌作業(yè)，最終構(gòu)筑成隧道。盾構(gòu)施工法有三大要素組成，穩(wěn)定開挖面、襯砌以及盾構(gòu)機(jī)挖掘。

盾構(gòu)可以按不同的方式進(jìn)行分類，按照形狀可以分為圓形、馬蹄形以及矩形等。圓形盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用較為廣泛，因?yàn)樗鼘?duì)地層中土壓力和水壓力的抵抗作用大，再加上襯砌拼裝較為簡(jiǎn)單，構(gòu)件易于更換，因而使用廣泛。按照開挖方式，可以分為手工、半機(jī)械和機(jī)械挖掘式。按照盾構(gòu)前部構(gòu)造可以分為敞胸和閉胸式。

盾構(gòu)施工法是利用盾構(gòu)機(jī)在地面以下挖掘隧道的施工方法，盾構(gòu)是一種活動(dòng)鋼筒結(jié)構(gòu)，它可以支撐地面壓力，同時(shí)也可以在地層中掘進(jìn)。鋼筒的前端配有開挖和支撐土體的設(shè)備，中段安裝千斤頂，尾端的設(shè)備主要用于拼裝預(yù)制，也可以現(xiàn)澆隧道襯砌環(huán)。盾構(gòu)掘進(jìn)一環(huán)的距離便拼裝一環(huán)襯砌，并將砂漿壓注到環(huán)外的空隙中，防止隧道和地面下沉。襯砌環(huán)承擔(dān)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中的反力，修建地鐵前，需要先修建一個(gè)豎井，將盾構(gòu)安裝在豎井處，方便將開挖出來的土體由豎井送到地面。

2 地鐵隧道盾構(gòu)法施工技術(shù)對(duì)鄰近建筑物的影響

地鐵隧道通常經(jīng)過人流密集、建筑物密集的市中心，在修建隧道時(shí)要保證周圍的建筑物能夠正常使用，不能出現(xiàn)過度的側(cè)移或者沉降。與此同時(shí)，路面的交通要正常同行。盾構(gòu)法的在施工過程中有很多優(yōu)勢(shì)，比如施工安全快速、防滲漏水性良好，再加上對(duì)周圍環(huán)境的影響小，因此在地鐵修建中得到廣泛應(yīng)用。地鐵隧道在開挖過程中，不可避免的會(huì)影響到周圍的建筑物，引起建筑物的沉降，這和開挖的方法和過程有關(guān)，同時(shí)與建筑物的結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)也存在聯(lián)系。

2.1 建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。建筑物的受力部分主要是梁和柱，對(duì)建筑物的內(nèi)力進(jìn)行分析，主要是監(jiān)測(cè)面向隧道開挖側(cè)的頂層與第一層梁的彎矩、軸力以及剪力，開挖側(cè)多對(duì)應(yīng)的柱子軸力變化。通過對(duì)隧道周圍建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析，可以得出以下結(jié)論：

當(dāng)建筑物與隧道縱向平行時(shí)，在開挖推進(jìn)過程中，樓板梁的彎矩和剪力以及柱子的軸力隨之減小，表現(xiàn)為卸載。

在開挖推進(jìn)過程中，背向開挖側(cè)樓板梁的彎矩、剪力以及柱子軸力增加，表現(xiàn)為加載。

地層梁柱的內(nèi)力增幅或者減幅較頂層大，變化更為劇烈，頂層梁柱的內(nèi)力在開挖過程中受到的影響較小。

2.2 隧道掘進(jìn)方向上的地表沉降分析。隧道在開挖過程中，地表沉降呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，通過監(jiān)測(cè)可知：

隧道掘進(jìn)過程中，隧道中心位置沉降值最大，變化迅速。隧道的開挖面離建筑物有一定距離時(shí)，建筑物的基礎(chǔ)底部已經(jīng)發(fā)生沉降現(xiàn)象。開挖面離建筑物越近，沉降的幅度越大，建筑物基礎(chǔ)底部的沉降差異隨之加大，但最大沉降仍在隧道中心處的位置。通常情況下，隧道中心兩側(cè)的沉降不對(duì)稱，這和建筑物的剛度以及自身的重量有直接關(guān)系。

地表沉降是影響建筑物穩(wěn)定性的重要因素，因?yàn)樗鼘?duì)建筑物的基礎(chǔ)造成很大的破壞。盾構(gòu)施工造成的沉降類型有初始沉降、團(tuán)結(jié)沉降以及盾構(gòu)通過時(shí)沉降和盾尾沉降。地表沉降的成因是盾構(gòu)施工降低地下水位，導(dǎo)致有效應(yīng)力增加而孔隙水壓力變小，再加上盾構(gòu)推力的作用似的反力增加而造成。施工擾動(dòng)、注漿不足或者有殘余都會(huì)造成地表沉降。地面沉降過大會(huì)造成建筑物的嚴(yán)重破壞，甚至出現(xiàn)倒塌引發(fā)事故。

3 地鐵隧道盾構(gòu)法施工技術(shù)對(duì)鄰近建筑物的應(yīng)對(duì)措施

3.1 盾構(gòu)施工控制。主要是優(yōu)化施工的參數(shù)，從源頭采取措施控制掘進(jìn)過程中對(duì)土層的擾動(dòng)，最大限度降低對(duì)建筑物的影響。對(duì)地鐵隧道沿線鄰近建筑物的保護(hù)，應(yīng)主動(dòng)采取措施，防患于未然。施工前，優(yōu)化施工參數(shù)，通過對(duì)地面以及建筑物的預(yù)測(cè)，制定合理的施工參數(shù)；施工過程中，可以借助信息化技術(shù)，控制地層變形，將對(duì)建筑物的影響降到最小。

開挖面的土壓力：應(yīng)根據(jù)覆土厚度設(shè)定施工參數(shù)，保持開挖面土壓力的平衡，在一定程度上減少土體的坍塌、變形。

盾構(gòu)推進(jìn)的速度：根據(jù)地質(zhì)條件選擇不同的速度，以使土體受到切削為佳，不能造成土體擠壓。在掘進(jìn)過程中重視對(duì)速度的調(diào)整，降低前倉(cāng)壓力的波動(dòng)。

壁后注漿：在注漿過程中要設(shè)置的參數(shù)有注漿的材料、時(shí)間、壓力以及注漿量。注漿材料的稠度值為10.5～11.0，選用性能優(yōu)良的材料。從理論上看，注漿壓力只需使入口的壓力大于該處水土壓力之和，但實(shí)際注漿量通常大于預(yù)計(jì)量，因此要重視注漿量的計(jì)算。

3.2 加固地層。

隔斷法：盾構(gòu)掘進(jìn)前，在施工面與建筑物間設(shè)置隔斷墻，減少土體的沉降與位移，避免施工對(duì)建筑物造成嚴(yán)重破壞。隔斷墻由鋼板柱、樹根樁或者對(duì)地層注漿加固等組成，主要用于承受土壓力和沉降的阻力，防止建筑物發(fā)生變形。

注漿加固地基：對(duì)建筑物的地基注入固結(jié)材料，使空隙得到加固，防止施工過程中出現(xiàn)土體松散坍塌，避免地基變形以及出現(xiàn)沉降，防止建筑物出現(xiàn)大幅度的破壞。

基礎(chǔ)托換法：這種方法費(fèi)用較高，并且對(duì)施工的技術(shù)要求很高。主要是事先在隧道兩側(cè)設(shè)置新樁基和承載梁，用以替代原有的，這種方法可以防止建筑物大幅度變形，效果較好。

3.3 加固建筑物本身。對(duì)建筑物本身進(jìn)行加固，主要通過提高建筑物的結(jié)構(gòu)剛度完成，具體方法如下：

增大截面法：對(duì)建筑物的土梁、板或者柱子進(jìn)行混凝土外包，起到加固的作用，加固磚墻可以增設(shè)磚扶壁柱。這種方法可以增大建筑物構(gòu)建的剛度，提高其承載能力，防止建筑物構(gòu)件的變形。

外包鋼法：用高強(qiáng)度的鋼或者鋼板包裹在建筑物構(gòu)件或構(gòu)件周圍，提高建筑物構(gòu)件的性能。這種方法是在不增加構(gòu)件截面的基礎(chǔ)上提高構(gòu)件的承載力，適用于混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物，增強(qiáng)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的剛度，最終起到加固建筑物本身的效果。

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