盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響及控制措施

盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響及控制措施盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響及控制措施盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響及控制措施xxx公司盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響及控制措施文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計，管理制度盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的擾動與影響特性及控制措施摘要：盾構(gòu)機在城市地鐵建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但在盾構(gòu)掘進過程中會引起地層損失，過大的地層損失，可導(dǎo)致較大的地面沉降，對地面建筑物、地下管線等設(shè)施產(chǎn)生不利影響甚至?xí)?dǎo)致破壞，引起較大的經(jīng)濟損失。本文主要講述了盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的一些影響及一些控制措施。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工；周圍環(huán)境；影響；控制措施1前言 自1823年布魯諾采用盾構(gòu)法在泰晤士河建造隧道以來,已經(jīng)近180年的歷史,盾構(gòu)法隧道因其具有對周圍環(huán)境的影響較小等獨特優(yōu)點而在隧道施工領(lǐng)域獨樹一幟,尤其是二戰(zhàn)后,隨著世界各國,主要是歐洲、日本、美國、加拿大等城市隧道,包括地鐵隧道、給排水隧道、電纜隧道以及城市共同溝的大量興建,盾構(gòu)施工方法也從最初的手工式盾構(gòu)、半機械式盾構(gòu)發(fā)展成機械式盾構(gòu)甚至盾構(gòu)機器人,其應(yīng)用水平越來越高,應(yīng)用范圍也越來越廣泛。但現(xiàn)在對環(huán)境控制的要求越來越高,尤其是對盾構(gòu)穿過城市中心重要建筑時的影響要求極為嚴(yán)格。從而,盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響就是一個急待研究的課題。本文主要講述了盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的一些影響及其可能產(chǎn)生的因素，以及適當(dāng)?shù)仃U述了一些控制措施。（其中的圖表來自南京地鐵一號線穿越金川河和玄武湖區(qū)間隧道的監(jiān)測數(shù)據(jù)。）2盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響盾構(gòu)推進中的地層損失盾構(gòu)推進引起的土體位移一般由三部分組成：先于盾構(gòu)前方的地表位移；盾構(gòu)通過時的位移；盾構(gòu)離開后的土體固結(jié)。對于土壓平衡式盾構(gòu)，由于盾構(gòu)機刀盤前方土壓力接近靜止土壓力，因此先于盾構(gòu)前方的地表位移可能較小。盾構(gòu)機通過后，盾尾空隙閉合，通常是引起地表較大位移的原因。而固結(jié)沉降大小依賴于土的類型、盾尾空隙注漿的方案以及盾構(gòu)機推進對土體的擾動情況。固結(jié)沉降與時間有關(guān)，通常經(jīng)過幾個月后才能穩(wěn)定。對建筑物沉降影響實測表明，在盾構(gòu)正常掘進地段，建筑物的沉降形式與地表沉降一致，部分房屋沉降曲線見圖1所示，最大沉降發(fā)生在盾尾脫出管片階段，在主要沉降影響區(qū)的房屋(在盾構(gòu)隧道軸線兩側(cè)3m范圍)沉降大，主沉降區(qū)的房屋沉降一般在-15mm到-25mm；在主沉降區(qū)外的房屋沉降小，沉降值小于-10mm，距隧道軸線較遠(yuǎn)(10m以上)地段，盾構(gòu)掘進基本對房屋沒有影響，其沉降變化量在-4mm以下。另外，基礎(chǔ)剛度較大的房屋沉降相對較小，且比相應(yīng)位置的地沉降略小。在特殊地段，如許一南區(qū)間盾構(gòu)鉸接油缸出現(xiàn)漏油地段，房屋沉降達；玄一新區(qū)間軟流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，房屋沉降也較大，沉降值達到-48．1mm，對地下管線的沉降影響隧道周圍地下管線主要有煤氣管、給水管、排污管。與隧道正交的橫斷面沉降基本呈正態(tài)曲線分布，與盾構(gòu)掘進引起的地表橫向沉降槽相適應(yīng)(圖2)。在地下管線埋深較淺時，也可以地表沉降來代替地下管線的沉降。且此時地下管線的沉降長度較小。管線在盾構(gòu)掘進主要影響區(qū)內(nèi)的管線沉降大，主影響區(qū)外沉降小。對地下水位的影響采用土壓平衡模式開挖，對地下水位影響較小，水位變化與盾構(gòu)掘進歷程有關(guān)，盾構(gòu)掘進過程中水位變化曲線見圖3、4。在距盾構(gòu)較近的測孔(圖3)，盾構(gòu)切口距測點30m左右水位就有上升影響，在盾構(gòu)切口到達前地下水位上升幅度最大，最大上升約43cm，主要是由于盾構(gòu)土倉壓力設(shè)置大時，對正面土體有壓密疏干效應(yīng)，從而使地下水位上升；盾構(gòu)通過和盾尾脫出階段，水位下降15cm到20cm，下降幅度不大，這跟同步注漿參數(shù)(壓力、注漿量等)設(shè)置時能及時充填盾尾間隙有關(guān)；在盾尾過后，由于漿液收縮和地層固結(jié)沉降等因素水位總體下降16cm60cm，之后水位會慢慢恢復(fù)至比原有水位略低；距盾構(gòu)較遠(yuǎn)的測孔(圖4)，水位基本呈下降趨勢，但數(shù)值不大，累計最大下降3cm。其他的影響 盾構(gòu)施工時還會對埋于地下的基樁、地下連續(xù)墻以及已建成的地下隧道、建筑物的影響，但是由于地下的監(jiān)測與研究較地面上而言較難，所以部分研究還在進行，沒有得到具體影響的因素。根據(jù)對成都地鐵盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響研究表明認(rèn)為，樁體的前后撓曲主要受正向推進力影響，而與土體損失無關(guān)，樁體的左右撓曲同時受正向推進力和土體損失的作用，從整個盾構(gòu)推進過程看，樁體的左右撓曲有一個彈性恢復(fù)過程。樁的彎矩、軸力、變形隨著地層損失的增加而增加；沿樁長，樁的沉降相對均勻；單樁上產(chǎn)生的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力是由于土的豎向沉降引起，如果地層損失達到5％，此時有最大樁側(cè)摩阻力；樁的側(cè)向變形與土的側(cè)向變形相似；樁的最大彎矩發(fā)生在隧道軸線以上的位置；地層損失達到5％時產(chǎn)生的彎矩將超過樁的允許彎矩?？刂拼胧┠壳?根據(jù)國內(nèi)外的施工理論和實踐,可以認(rèn)為盾構(gòu)施工均能達到對環(huán)境影響接近零的水平。但是，由于盾構(gòu)施工引發(fā)的事故還是有過發(fā)生的，所以必要的控制措施也應(yīng)該在施工過程前、中及完成之后進行。經(jīng)過工程實踐，提出如下措施，是減少盾構(gòu)掘進對周圍環(huán)境影響的重要手段，并且實踐證明也是有效的。(1)調(diào)整、修正、合理匹配盾構(gòu)掘進參數(shù)，建立有效土壓平衡，確保同步注漿效果，是控制地層損失，減小地層變位的有效手段，主要的施工參數(shù)為土倉壓力、推進速度、螺旋出土器轉(zhuǎn)速、推力、盾構(gòu)姿態(tài)和同步注漿參數(shù)等。各項掘進參數(shù)的設(shè)定應(yīng)根據(jù)不同地層、埋深及現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析反饋的基礎(chǔ)上確定，在粉細(xì)砂層中除土倉壓力宜相對較高，以利于防止地層液化，同時應(yīng)確保同步注漿的漿注入率和注漿的及時性。(2)選擇良好的地層進行施工。地層條件是判斷盾構(gòu)掘進對地層影響程度的關(guān)鍵，在自穩(wěn)性好的地層中，盾構(gòu)掘進對地表影響小，反之則相反。監(jiān)測結(jié)果分析，沉降槽相對深度和曲線曲率從大到小依次為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、可塑性粉質(zhì)粘土層、粉細(xì)砂層、硬塑性粉質(zhì)粘土層。(3)在盾構(gòu)隧道上部有構(gòu)筑物的情況下，構(gòu)筑物的傾斜、沉降與所處地層和處在沉降槽內(nèi)的位置有關(guān)。構(gòu)筑物因地基的沉降而產(chǎn)生沉降和傾斜，對于基礎(chǔ)好、結(jié)構(gòu)整體剛度大的構(gòu)筑物，其不均勻沉降較小而危害小；對基礎(chǔ)較差、整體剛度小的構(gòu)筑物，易產(chǎn)生裂縫和結(jié)構(gòu)性破壞。(4)在盾構(gòu)施工中采用了地理信息系統(tǒng)來控制施工過程。該系統(tǒng)包括地質(zhì)詳勘、預(yù)測沉降值、有限元分析、監(jiān)測點,設(shè)置預(yù)警值和允許值以及轉(zhuǎn)移風(fēng)險措施等。關(guān)于監(jiān)測點,國內(nèi)一般在被穿越的隧道內(nèi)設(shè)置電子水準(zhǔn)儀。在地面,采用精密水準(zhǔn)儀等手段實施人工監(jiān)控,所采集的數(shù)據(jù)僅供施工技術(shù)人員掌握,并以此指導(dǎo)盾構(gòu)施工;國外則采用自動搜集信息的監(jiān)測站。它是由全站儀、測點、接收儀組成,由全站儀發(fā)出的光束通過測點上的反光鏡折射到接收儀(照相機)。此信息由專用軟件解讀后,即時報告有關(guān)人員,同時連線盾構(gòu)操作程序?qū)Χ軜?gòu)推進諸參數(shù)和注漿諸參數(shù)加以調(diào)整,必要時采取其他措施,如在需要時設(shè)置補償注漿來保證對環(huán)境的影響處于可控范圍,使盾構(gòu)施工對環(huán)境的影響降低到最低程度。4結(jié)語 土木工程隨著人類歷史的發(fā)展而不斷地向前發(fā)展,從最初修建賴以生存的房屋到滿足交通需要而修建道路與橋梁,到對空間需求所進行的摩天大樓的建設(shè)與地下空間的開發(fā)應(yīng)用,土木工程取得了巨大的成就,也從很大程度上改變了人類的生活。國內(nèi)目前正興起一股城市地鐵建設(shè)的熱潮，如何在地層中快速、安全地進行地鐵施工且保護周圍環(huán)境不受較大影響的問題值得我們不斷研究和探索，希望以后有人對此進行更深入的研究，從而得到更加正確和豐富的成果。參考文獻[1]唐益群，葉為民,張慶賀．上海地鐵盾構(gòu)施工引起地面沉降的分析研究[J]．地下空間，1995，15(4)：250—260[2]王振興.盾構(gòu)隧道對環(huán)境的影響地下工程與施工，2008