盾构施工对周围环境的影响及其控制

高光明

摘要：盾构法具有不影响地面交通、对周围建（构）筑物影响较小、适应软弱地质条件、施工速度快等优点，在地铁工程中得到广泛应用。但是地下施工不可避免地会对周围土层产生扰动，从而引起地面沉降（或隆起），这将使邻近建筑物受到不同程度的影响，并可能危及地下电缆、水管、煤气管道等设施的正常使用。因此，如何控制盾构施工，减少对周围环境的影响，是地铁隧道盾构施工中最关键的问题。本文分析了盾构施工对周围环境的影响，并探讨了其控制措施。

关键词：盾构；周围环境；注浆

一、盾构施工对周围环境的影响

（一）对建筑物沉降影响

在盾构正常掘进地段，建筑物的沉降形式与地表沉降一致，最大沉降发生在盾尾脱出管片阶段，在主要沉降影响区的房屋（在盾构隧道轴线两侧3m范围）沉降大，主沉降区的房屋沉降一般在-15.0～-25mm；在主沉降区外的房屋沉降小，沉降值小于-10mm，距隧道轴线较远（10m以上）地段，盾构掘进基本对房屋没有影响，其沉降变化量在-4mm以下。造成建筑物沉降的原因主要有：（1）盾构推进的时候造成的地层损失，其中会有多种因素导致地表沉降，主要包括开挖工作面土体移动、盾构后退、土体挤入管片与盾构之间的建筑空隙、盾构施工中改变推进方向、管片的变形和隧道的沉降；（2）受扰动土的再固结，首先，由于孔隙水压力在地层因土体中发生变化产生排水固结变形最终导致地面出现了沉降的现象；其次，土体在受到较大的扰动之后，就会有持续很长时间的压缩变形出现在土体骨架当中，在这个土体蠕变过程当中就会出现地面沉降；（3）地下水流动。在深埋隧道中，地层损失造成的建筑物的沉降主要影响的是端承桩，而地下水大量流失造成地下水位下降则主要影响的是浅基础和长度较短的摩擦桩，特别是基础以下存在间隙率较大的地层，如中、粗砂层所造成的沉降较大。由于盾构机在掘进过程中，拱顶同步注浆普遍存在不密实情况，导致拱顶处沿隧道方向存在水力连通，当盾构长时间停止掘进时，地下水容易从盾构机后方流至开挖面，引起地下水大量流失，当地层起伏较大的地层或存在地质钻孔封孔质量不好时，容易与上部地层形成水力通道，直接贯通隔水层引起地下水位下降；另外在含水量较大的地层中停机也会造成开挖面较大的水量流失。如在深圳地铁一个工程实例，由于隧道上层覆土较浅，且土质松散，并有部分未封堵的地质钻孔，由于形成上下贯通的水力通道，当盾构推过时，地下水下降达2m多，引起地表沉降达120mm，当调整盾构掘进参数、加大注浆量时，地表存在冒浆现象。

（二）对地下管线的沉降影响

隧道周围地下管线主要有煤气管、给水管、排污管。与隧道正交的横断面沉降基本呈正态曲线分布，与盾构掘进引起的地表横向沉降槽相适应，在地下管线埋深较浅时，也可以地表沉降来代替地下管线的沉降。且此时地下管线的沉降长度较小。管线在盾构掘进主要影响区内的管线沉降大，主影响区外沉降小。

（三）对交通及周围景观的影响

盾构多在地面主干道路下穿行，因此，盾构施工可能会产生对地面交通和景观的影响，具体表现在以下几个方面：（1）盾构施工产生的地表隆沉可能会影响地面车辆的行驶；（2）盾构工作井区域内的施工活动如行车的移动、管片的堆放等均需占用一定的场地，从而不可避免地会影响到交通的运行；（3）地铁多在城市繁华地段穿行，因此，盾构施工时对城市景观尤其是对市民或游人的视觉也会造成一定程度的影响。

一、盾构施工对周围环境的影响控制

（一）合理选择参数

盾构机掘进施工过程中，首先应当确定穿越建筑物施工的试验阶段，以保证施工质量及效率，在此过程中要明确盾构机的掘进参数，同时结合地面所穿越建筑物的特点及地面沉降情况适当调整掘进参数，以对盾构局掘进机的各项功能进行调整，保证掘进施工顺利进行，并尽量减小周围建筑物及地下结构的破坏。

（二）同步注浆

同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进、管片背部建筑空隙形成的同时进行，浆液在空隙形成的瞬間及时填充，从而使周围土体及时获得支撑。可有效地防止岩土的坍塌，控制地表的沉降。严格保证在盾构掘进过程中选用高质量泥浆，控制泥膜的形成速度和泥膜形成的质量，确保掌子面的稳定。保证对于注浆量和注浆压力的有效监测与控制，确保注浆量达到3.5m3以上，注浆压力约0.16MPa，压浆量占空隙约200%，以便达到延缓建筑物沉降的目标。

（三）控制出渣量

地表隆起的主要原因是盾构正面对土体的推进力大于原始侧向力，因此在实时监测的情况下，可以根据地表隆起状况调整推力、出碴速度，达到降低地表隆起的目的。地表沉降是由于开挖面推力小于原始侧向应力而引起，通过减少出碴量，提高正面压力，达到控制沉降的目标，并保持开挖面的稳定。在采用盾构掘进法进行穿越建筑物施工的过程中，应当加强出渣量控制，以防止出现隧道超挖及地面沉降的情况。对于出渣量的控制，施工企业应当根据地层出渣量情况进行统计分析，得出相应的规律性变化，并计算出出渣量的范围，即每环在45-50m3范围内。在穿越建筑物的施工过程中发现，掘进过程中的切口环附近地面沉降在2-3mm范围内，这样则表明出渣量及挖仓压力处于合理范围，没有出现过量掘进或超挖的情况，从而保证地表建筑物的稳定性，并促进穿越建筑物施工技术水平的提升及工程施工进度加快。

（四）盾构穿越控制

盾构通过时的沉降是无法避免的，但是如果超限，可以通过采取调整掘进速度，及时注浆等，使盾尾后隧道周边的土体及时处于三向应力状态，从而达到有效控制地层的弹塑性变形。

盾构通过后，由于应力松弛的影响，地层还会发生固结沉降，根据地面实时监测结果进行实时控制，在管片衬砌背后实施回填与固结注浆，尤其是对拱部120°范围进行地层加固注浆。

盾构在曲线推进、纠偏、抬头或叩头推进过程中，实际开挖断面是圆形而变为椭圆，从而会引起附加变形，此时应调整掘进速度等，达到减少对地层的扰动度和减少超挖的效果，从而减少变形。

（五）施工监测措施

在施工过程中，加强对下立交的监测，监测的内容应包括沉降监测、位移监测以及侧斜等。监测管理可分为通过前、通过中、通过后三个阶段来实施。特别是在接近下立交区域的前方区段，对相似土层条件的地点进行监测，掌握盾构施工对土层的影响，进一步优化施工参数。通过时的监测是为监测下立交的安全进行的，如发现监测值或监测变化值超过警戒限时，需停止盾构施工，查明原因，并及时采取有效加固措施，对下立交进行保护。在确认下立交安全后再开始推进。通过后的监测，一般此时变化数值逐步变小，在变化逐渐稳定之前一直要进行，但可以适当减少监测的频率。

结束语

随着国家、城市的经济发展，地铁成为交通繁忙、人口密集城市的重要交通工具。在地铁盾构隧道施工期间，不可避免地要近距离地下穿地面建筑物，在穿越期间，由于地层受扰动、超挖引起的地层损失及应力改变等原因都可能造成地面建筑物出现沉降、位移，从而引起建筑物出现裂缝、倾斜甚至倒塌，给人民的财产、安全带来威胁，还会对地下管线、交通等造成不良影响。因此在盾构施工中应当采取多种措施实现对周围环境影响的控制，确保施工安全。

参考文献

[1]许浩.盾构施工对周围环境的影响及防治措施分析[J].城市建设理论研究，2014年9期.

[2]藏永鑫.盾构施工引起的地面沉降及周边建筑物保护探究[J].科学时代，-2015年11期.

[3]董朝文，袁大军.富水软弱地层盾构穿越建筑物群的安全控制[J].都市快轨交通，-2013年3期.