淺識(shí)盾構(gòu)施工引起地面沉降的理論

PAGEPAGE4盾構(gòu)隧道施工建構(gòu)筑物的保護(hù)技術(shù)摘要：根據(jù)廣州幾個(gè)典型的盾構(gòu)過建（構(gòu)）筑物群的工程，簡(jiǎn)要地對(duì)盾構(gòu)穿越建（構(gòu)）筑物所引起沉降的理論分析及工程實(shí)例進(jìn)行闡述，以摸索盾構(gòu)過建筑物前預(yù)測(cè)基礎(chǔ)的受力情況，并采用相應(yīng)的預(yù)加固措施。關(guān)鍵字：盾構(gòu)沉降工程實(shí)例Abstract:Thispaperisexpoundedanalyseofsubsidenceintheoryandprojectexamplesaboutshieldthroughconstructionsinbrief,basedonthetypicalprojectexampleofshieldthoughconstructionsinGuangzhou.Keywords:Shield,surfacesubsidence,projectexample1前言隨著地鐵行業(yè)在城市建設(shè)中加速發(fā)展和盾構(gòu)工法在地鐵行業(yè)的廣泛應(yīng)用，人們關(guān)注其引起的沉降問題日益加強(qiáng)，如何對(duì)盾構(gòu)施工所引起的沉降預(yù)測(cè)和相應(yīng)的技術(shù)措施成為了盾構(gòu)行業(yè)重要的課題。通過廣州某盾構(gòu)專業(yè)公司多個(gè)市區(qū)群樓穿越的工程實(shí)例，將盾構(gòu)施工所引起的地面沉降進(jìn)行歸類和分析。在盾構(gòu)隧道施工中，對(duì)建筑物基礎(chǔ)影響主要有三個(gè)方面：=1\*GB3①盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層損失造成的沉降，即按理論公式計(jì)算的沉降量；=2\*GB3②盾構(gòu)施工中引起地下水大量流失，從而導(dǎo)致地下水位降低。當(dāng)建筑物基礎(chǔ)下方存在孔隙率較大的地層時(shí)，基礎(chǔ)會(huì)隨地下水的流失造成地層的壓縮沉降；=3\*GB3③盾構(gòu)施工過程中會(huì)存在地質(zhì)資料、建筑物基礎(chǔ)收集資料與事實(shí)不符而造成施工措施選擇不當(dāng)引起建筑物開裂，以下對(duì)盾構(gòu)施工引起的沉降問題進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。2地層損失造成建筑物沉降分析在深埋隧道中，盾構(gòu)施工會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，造成一定范圍的土體成為松土。松動(dòng)范圍按太沙基公式計(jì)算，其中落入該范圍內(nèi)的樁身部分可假定將失去土體摩阻力，若樁底落入該范圍或在豎直方向接近于該范圍理論上會(huì)完全或部分失去樁端承載力。對(duì)于摩擦樁與端承樁的影響各有不同，摩擦樁承載力主要依靠土體摩阻力提供，端承摩擦樁則依靠樁端承載力提供。下圖盾構(gòu)施工對(duì)樁基影響圖：圖2樁基承載力損失示意圖因此，計(jì)算樁基剩余承載力能否滿足原設(shè)計(jì)所要求的承載力，可以作為判斷建筑物是否需要加固的依據(jù)，具體計(jì)算方法為：首先計(jì)算出盾構(gòu)引動(dòng)松動(dòng)土的高度，對(duì)于摩擦樁和端承摩擦樁，根據(jù)樁基規(guī)范中持力層選擇的有關(guān)要求，樁底以下3倍直徑或2m不能存在溶洞或具震陷液化特點(diǎn)的地層，為確保建筑物安全，可假定松動(dòng)土范圍內(nèi)的地層視作特殊土層，即樁底離隧道豎直距離小于3倍樁基直徑且不小于2m的樁視為完全損失樁端承載力，即計(jì)算出地層松動(dòng)高度+3倍樁徑或2m（取大值）是否大于樁底至隧道的豎直距離即可判別建筑物是否需要加固；對(duì)于樁端落入巖石中、微風(fēng)化的端承樁，盾構(gòu)所引起的松動(dòng)土高度很?。ㄍǔＳ?jì)算結(jié)果為零），這時(shí)，須計(jì)算隧道開挖面與樁底的巖體能否滿足沖切要求，判斷樁基應(yīng)否加固。盾構(gòu)機(jī)穿越時(shí)地層松動(dòng)范圍可按泰沙基公式計(jì)算，計(jì)算公式如下：H—覆土高度；ho—土的松動(dòng)高度；（單位，m）λ—土的側(cè)壓系數(shù)；φ—土的內(nèi)摩擦角；γ—土的容重；C—土的粘結(jié)力；B—土的松動(dòng)單邊寬。對(duì)照建（構(gòu)）筑物設(shè)計(jì)資料及對(duì)應(yīng)地層套入以上公式，得出建（構(gòu)）筑物是否進(jìn)行加固處理，其加固方法為：(1)樁基末侵入隧道，但剩余樁基承載力不滿足原設(shè)計(jì)要求，可通過預(yù)注漿以提高樁基承載力，同時(shí)，在盾構(gòu)通過時(shí)在地面采用跟蹤注漿，可確保既有建筑物的安全。(2)樁基已侵入隧道，需對(duì)樁基進(jìn)行梁式托換或板基基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換，必要時(shí)切斷原樁。在廣州地鐵某區(qū)間工程中，盾構(gòu)需穿越一棟7層房屋，其基礎(chǔ)為144根φ480錘擊灌注樁的建筑物，通過以上理論計(jì)算，個(gè)別樁基不滿足受力要求，在施工前須對(duì)14根樁基采用了梁式托換，其余樁基不進(jìn)行預(yù)處理?？紤]到盾構(gòu)通過房屋時(shí)，已托換柱與沒有托換柱之間可能會(huì)發(fā)生較大的沉降差，因此，在托換梁設(shè)計(jì)時(shí)，允許托換梁在規(guī)范范圍內(nèi)出現(xiàn)一定的托換變形，最大撓度變形在5～8mm。在實(shí)際施工中，建筑物最大沉降值在18.1mm，最大不均勻沉降為5mm，均滿足規(guī)范要求。以下為托換平面布置圖：3地下水流失造成建筑物沉降分析在深埋隧道中，地層損失造成的建筑物的沉降主要影響的是端承樁，而地下水大量流失造成地下水位下降則主要影響的是淺基礎(chǔ)和長(zhǎng)度較短的摩擦樁，特別是基礎(chǔ)以下存在間隙率較大的地層，如中、粗砂層所造成的沉降較大。由于土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，拱頂同步注漿普遍存在不密實(shí)情況，導(dǎo)致拱頂處沿隧道方向存在水力連通，當(dāng)盾構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間停止掘進(jìn)時(shí)，地下水容易從盾構(gòu)機(jī)后方流至開挖面，引起地下水大量流失，當(dāng)?shù)貙悠鸱^大的地層或存在地質(zhì)鉆孔封孔質(zhì)量不好時(shí)，容易與上部地層形成水力通道，直接貫通隔水層引起地下水位下降；另外在含水量較大的地層中停機(jī)也會(huì)造成開挖面較大的水量流失。在三號(hào)線某工程盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí),也曾遇到因地下水位下降造成房屋沉降的實(shí)例。盾構(gòu)機(jī)在地層起伏較大的位置更換刀具，機(jī)頭位置處于花崗巖強(qiáng)、中風(fēng)化地層，其中中風(fēng)化地層裂隙發(fā)育。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)完成換刀啟動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)了大量噴涌現(xiàn)象，前方30米處的一幢5層獨(dú)立基礎(chǔ)房屋（持力層為粗砂層）次日累積沉降達(dá)28.2mm，且沉降速率不斷增大，地下水位下降了2.2米，房屋過道已出現(xiàn)少量沉降裂縫，施工單位立即采用了注漿加固穩(wěn)定了沉降速率，當(dāng)累積沉降值為42.5mm開始收斂，盾構(gòu)立即快速通過該房屋，當(dāng)?shù)叵滤换貜?fù)至穩(wěn)定水位后，原沉降較大的柱子出現(xiàn)了10.8mm正位移。4穿越建（構(gòu)）筑物掘進(jìn)參數(shù)的控制與施工監(jiān)測(cè)前面所論述盾構(gòu)引起建筑物沉降是建立于盾構(gòu)采用正確的掘進(jìn)參數(shù)情況下的一種預(yù)測(cè)，對(duì)一些預(yù)測(cè)沉降量較大的建筑物采用提前加固的措施。在實(shí)際施工中，如何控制好掘進(jìn)參數(shù)，是對(duì)建筑物保護(hù)的一項(xiàng)最基本、最重要的措施。盾構(gòu)穿越房屋時(shí)，掘進(jìn)參數(shù)的選擇如下：準(zhǔn)確計(jì)算各種地層的理論松方出土量，施工中必須嚴(yán)格按計(jì)算結(jié)果控制好實(shí)際出土量。采用土壓平衡式掘進(jìn)，合理地設(shè)定土壓力值；當(dāng)穿越沉降敏感地層或大量地下水區(qū)域時(shí)，必須采用全土壓掘進(jìn)通過建（構(gòu)）筑物時(shí)應(yīng)保持連續(xù)掘進(jìn)；控制好盾構(gòu)姿態(tài)，避免因糾偏而造成超挖；同步注漿和二次注漿必須到位，確保管片與地層間隙密實(shí)；采用耐磨性較高的刀具，減少換刀次數(shù)，制定合理的換刀計(jì)劃，提前在建（構(gòu)）筑物前做好換刀工作，避免盾構(gòu)在建（構(gòu)）筑物下停留；控制襯砌拼裝偏差，提高隧道質(zhì)量，減少后期沉降。另外，在掘進(jìn)過程中，必須做好施工監(jiān)測(cè)，及時(shí)地反饋給現(xiàn)場(chǎng)指揮，及時(shí)掌握地面沉降情況。對(duì)建（構(gòu)）筑物、管線、地面的監(jiān)測(cè)擬定如下：根據(jù)建（構(gòu)）筑的不同類型，按規(guī)范要求確定沉降允許值，并按允許值的60％～80％定出警戒值。在盾構(gòu)始發(fā)前進(jìn)行一次全面建（構(gòu)）筑測(cè)量，并進(jìn)行每天進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出建筑確定原始值及原始沉降速率值。根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象情況，在每個(gè)建筑物周圍布設(shè)不少3個(gè)穩(wěn)固的基準(zhǔn)點(diǎn)。管線的觀測(cè)點(diǎn)布置在管線邊的土體中。根據(jù)隧道通過的圍巖條件和周圍建（構(gòu)）筑物情況布置觀測(cè)點(diǎn)，沿隧道中線前進(jìn)方向每隔5～8米布設(shè)一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每隔5～10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)一個(gè)檢測(cè)橫斷面。每個(gè)斷面上布設(shè)4～8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)軟弱土層、重要的建（構(gòu)）筑物或埋深較淺的區(qū)域應(yīng)適當(dāng)加密監(jiān)測(cè)斷面和測(cè)點(diǎn)。在硬化的地表上布設(shè)的測(cè)點(diǎn)要穿透硬化層，滲入地面1m以下，防止下面虛空而沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)。盾構(gòu)通過建（構(gòu)）筑物時(shí)，每天監(jiān)測(cè)次數(shù)不少于2次，當(dāng)出現(xiàn)異常情況，及時(shí)加密監(jiān)測(cè)次數(shù)。在三號(hào)線天華區(qū)間中，盾構(gòu)需穿越5股鐵路，隧道埋深為11m，地層由于至下分別為填土層、粗砂層和可塑性殘積土層，由于該段鐵路運(yùn)輸繁忙，原扣軌方案無(wú)法實(shí)施，經(jīng)施工單位多次組織專家會(huì)議，決定采用嚴(yán)密監(jiān)控和調(diào)整軌道方案實(shí)施。在施工過程中，除嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)快速通過外，在過廣深鐵路地段隧道上方沿隧道線路方向每5米設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面上布設(shè)8～11個(gè)的觀測(cè)點(diǎn)。對(duì)于軌面的監(jiān)測(cè)，在每根軌道上沿軌道每3m設(shè)一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每條軌道上以隧道中線為中點(diǎn)設(shè)共9個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。同時(shí)與鐵路監(jiān)測(cè)部門實(shí)行第三方監(jiān)測(cè)手段，若出現(xiàn)軌面沉降值超過6mm，相鄰兩股鋼軌水平高差超過6mm或相鄰兩股鋼軌三角坑超過5mm的情況時(shí)，立即調(diào)整軌道。最終順利穿越鐵路，最大沉降僅4.2mm。5、結(jié)論(1)本文所推導(dǎo)的方法可以用來確定盾構(gòu)穿越建筑物，對(duì)基礎(chǔ)的影響程度，并采用相應(yīng)的加固措施。(2)本文通過理論知識(shí)和工程類比法，在