地铁盾构施工对邻近建筑物的影响研究★

甄精莲 贾瑞晨

(湖南高速铁路职业技术学院，湖南 衡阳 421001)

1 盾构施工简介

在对盾构施工进行研究之前，必须先说明盾构机的定义。其是一种在软土地区用于隧道挖掘的重要的施工器械设备。其外表被金属外壳包裹，在设备的内部有管片拼接和相关的辅助设备。在盾构机工作的过程中，其利用外壳对内部机械进行保护，进而从事挖掘工作，最终可以达到隧道一次施工成型的效果。该种设备目前被广泛运用在地铁工程的建设活动中。

利用盾构法进行施工即利用前文提到的盾构机在地面层以下进行隧道暗挖的一种施工方式和手段。盾构法施工的工作原理就是在盾壳前面安装相关支撑设备和相关掘进设备。通常情况下，都会在掘进设备的中部位置安装千斤顶设备，在整个工作设备内部一般会将一至二环预制的隧道衬砌环进行拼装。盾构施工设备在建设的过程中每前进一段距离，盾构施工设备都会在挖掘路径中安装一段衬砌环，同时及时将施工过程中产生的空隙进行压紧，通过这种施工方式可以防止隧道下沉或者对周边的建筑物造成影响。

2 地铁盾构施工对邻近建筑物产生影响的原因

在影响原因方面，国内外学者都进行了充分研究。其主要原因是地铁隧道挖掘工作会造成地层产生损失，地面原有的平衡结构遭到了破坏。具体而言，有以下五点原因：

1)在盾构施工开展的前期阶段，需要对地面内部的地下水进行抽取，在进行地下水抽取的过程中可能会对土壤结构的支撑力有所破坏，造成地面沉降，破坏周边的建筑物。

2)掌子面水平变化。在地铁隧道挖掘的过程中，会用相关的支撑设备对支护面产生支撑力，当这种支撑力和原始土壤结构的侧向应力互相平衡时，在开挖面的土体结构会和盾构方向保持同向移动，此种同向移动将会引发地面沉降，最终导致对周边的建筑物稳定性产生相应影响。

3)在利用盾构法进行隧道施工的过程中，可能会由于人工操作误差、机器设备工作误差导致掌子面土壤层塌落对地面稳定程度造成影响，进而影响周边建筑物的稳定性程度。

4)在地铁施工的过程中会造成土体挤入盾尾形成相应的空隙。在盾构施工机械中一般刀盘的直径都要大于盾体的直径，这种设备构造会导致盾体的周围与周边土体之间形成一个圆环状的缝隙。这种缝隙在施工到一定程度以后需要填注材料进行压实。如果不能够及时的将缝隙进行填充，可能会导致地表形变较为严重，进而对周边建筑物产生影响。

5)在地铁隧道施工的过程中，相关管道会由于土壤压力和水分压力产生一定程度的形变，这种形变将会导致少量的地层损失。

3 盾构施工对临近建筑物的影响

在城市地铁隧道挖掘的过程中，由于该项工作需要对原始的地层进行破坏和改造，因此无论采用哪种施工方法都会对周边的线路管道、建筑物、公共道路产生一定的危害和不利影响。一般而言，地铁设施都修建在人流量密集、建筑物密集的区域，只有这样才能够充分利用地铁设施运力大、运输效率高的特点。但是在城市密集区进行施工，在避免对周围设施产生影响方面又会有较大的难度。

3.1 影响范围

虽然盾构施工会减少对周围建筑物的影响，但是仍然会根据影响程度的大小，将影响区划分为以下三类：需要采取相应措施的地区，需要注意的地区和无影响区域。对于无影响区域而言，由于这部分地区往往距离隧道施工场所较远，一般情况下施工不会对该类区域产生影响，因此将其划分为无影响区域。需要注意的区域和需要采取相应措施的区域，则需要根据受施工影响程度的大小，进行定性分析和定量分析。如果已经达到了一定的影响标准则需要采取相应的方式进行处理。但是对于影响范围的划分，在业界目前都没有统一的标准。一般而言，建筑基础底部向下卧层地基土扩散附加应力的有效范围，应当与隧道施工地点与隧道上方土地受到破坏的区域保持一定的距离，防止后期因为客观条件变化产生的地面沉降，从而产生对建筑物和相应设施的影响。

3.2 影响形式

在进行地铁隧道施工的过程中，由于施工过程会导致地面状态发生变化，从而产生地面水平位置的沉降和相应的变形，这种变形和沉降有其自身的规律和特点，一般而言在隧道施工时，可以在短时间内引起程度较大的位移。对于周围建筑物和相关设备而言，在短时间内进行快速的位移产生的不利影响将更大。对周围建筑物和相关设施的影响程度的大小，不仅仅和形变的大小有关，还和受影响的建筑物的结构和基础形式，以及建筑物所处的位置和建筑物、周围土地结构和性质有直接的关系，通常而言，地铁设备施工对邻近建筑物的损害可以分为直接损害和间接损害两种。基于上文中对影响区域的分类，在需要采取措施的地区分布的建筑物和相应设施，一般受到的损害都为直接损害，在需要注意的区域内产生的损害，一般为间接损害，例如因为地铁施工产生的地下水水位变化产生的对环境的影响，从而对周围建筑物产生的相应影响是典型的间接损害。表现如下：

1)地面沉降。

在地铁隧道挖掘的过程中，会引起周围地表和周围建筑物相关设施的整体下沉。这种整体下沉一般而言都是较为均匀的，较为均匀的整体下沉通常情况下不会对建筑物的安全性和稳定问题形成太大的影响，但是如果这种均匀的整体下沉的幅度过大，即便是均匀沉降也有可能对周围建筑物产生较大的损害，因此在施工的过程中要防止沉降量过大，将地表沉降量控制在合理范围内。

2)地表倾斜。

相较于地面的整体沉降而言，地表倾斜对于周围建筑物和相关设施的影响和危害更大。地表倾斜会引起周围建筑物与地表建筑物同时发生倾斜，建筑发生倾斜会引起建筑物内部重心发生变化，从而导致建筑内部应力结构产生相应的变化，对建筑物或其他设施产生较严重的损害。

3)地表曲率发生变化。

地表曲率发生变化会导致地表倾斜程度发生改变，建筑物修建之时所依托的地面的原始坡度随时发生改变，可能会对建筑产生相应的损害。这种损害对于高层建筑物的影响更为明显，与地表倾斜造成的损害机理相同，地表曲率产生变化会导致建筑和其他相关设施的内部结构应力发生变化，从而造成相应的损害。

4)地表水平变形。

在地铁施工的过程中，可能造成地表水平发生变形，这种变形主要有拉伸和压缩两种，这种变化对于建筑物和其他相应设施的破坏作用非常大，由于建筑物的抵抗拉伸变形的能力相较于抵抗压缩变形的能力较小，因此在遭遇到地表水平发生拉伸变形时，地表上附着的建筑物设施的安全性将在很大程度上受到影响。在现在的建筑物设计方式中，对地表拉伸变形的抵抗程度较弱，在受到地表拉伸的建筑物上，建筑物的基础侧面受到了向外水平力的作用。这种向外的水平推力会导致建筑物开裂。这种开裂往往发生在建筑物的结构相对薄弱处，对建筑物产生的不利影响较为明显。