复杂地层盾构施工对地表建筑物变形研究

宋晓峰

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

复杂地层中盾构侧穿建筑物引起地表变形影响因素繁多，地表变形不可控性更大，只有找到对地表变形影响较大的因素，才能有针对性、有效地采取施工应对措施，以期做到降低软硬不均复合地层中盾构侧穿浅基础建筑物的施工风险，减小盾构对周边建筑物的影响程度。郭双喜[1]、饶宇[2]对该盾构区间隧道所获得的地表沉降监测数据进行分析和处理。分析了影响沉降的因素；李涛等[3]基于随机介质理论，考虑岩层与土层性质差异性，将地层分为岩层与土层两部分，建立了双层介质计算模型。孔德骏[4]总结概括已有盾构施工引起地表位移的理论基础，对实际工程盾构施工参数和地表位移数据进行分析。

1 盾构侧穿侧穿建筑物案例

广州地铁四号线南延段土建3 标大涌站到塘坑站区间场地地面条件较为简单，线路周边场地现状主要为道路及绿化用地及企业用地，左右两侧以村镇民居、商铺为主，区间位置如图1 所示。

图1 大涌盾构法区间平面示意

取盾构侧穿侧穿建筑物最具有代表性的部分，层数最多一栋建筑物1 为研究对象进行研究，隧道与建筑物关系剖面示意如图2 所示。

图2 隧道与侧穿建筑物1 关系剖面示意

2 复杂地层中盾构侧穿建筑物沉降预测分析

2.1 建筑物结构变形分析

2.1.1 沉降分析

根据现场实际施工进度，工程是左右两个隧道依次开挖，先开挖右线隧道，后开挖左线隧道，进行有限元数值分析时，模拟区间隧道采用盾构方式向前掘进，步长为6 m，Y 方向为120 m，右线先掘进60 m，后左右两线同时掘进，这样左右两线就有30 个施工步。当隧道右线和左线分别开挖到建筑物下时，建筑物均出现较为明显的沉降。测点5 和7 沉降最大，最大沉降为7.69 mm。

2.1.2 倾斜分析

由表1 可知：有限元预测的隧道开挖引起的垂直隧道走向方向差异沉降最大，最大差异沉降为8.91 mm，沿隧道方向的差异沉降率最大，最大差异沉降率为0.801‰。

表1 施工过程中两栋建筑物倾斜表

2.2 注浆压力与浅基础的影响分析

取最不利工况，即浅基础建筑物位于两隧道正上方，建筑物长14 m，宽10 m，左右两个隧道依次开挖，先开挖完右侧隧道再开挖左侧隧道，考虑到隧道沿线周边大部分建筑物的基础为混凝土独立浅基础，只模拟独立浅基础情况，基础埋深为-4 m。注浆压力分别取0.1 MPa、0.2 MPa、0.3 MPa、0.5 MPa、1.0 MPa。不同注浆压力下浅基础最大沉降如图3 所示。

图3 不同注浆压力下浅基础的最大沉降

（1）当左线区间隧道掘进到60 m 时，基础有明显向上隆起发生，最大抬升量为16.7 mm。当盾构通过浅基础后，由于注浆压力消散，浅基础沉降明显增大，盾构推进到右线60 m 左右位置时，浅基础也发生了明显隆起。

（2）当地面注浆小于0.3 MPa 时，盾构通过浅基础60 m 后，浅基础沉降有所增长（图3）；当地面注浆大于0.3 MPa 时，盾构尾盾掘进离开基础60 m 后，浅基础变形趋势较小，故本节研究建议施工时注浆压力不宜小于0.3 MPa，宜取0.3～0.5 MPa，由埋深-13 m 及上覆土体重度计算，考虑地下水位的影响，盾构注浆范围的上覆土体压力为0.2～0.3 MPa，故注浆压力应略大于隧道拱底的水土压力。

3 结束语

（1）复合地层盾构隧道施工对下穿建（构）筑物施工变形预测。利用数值模拟手段对复杂地层中盾构侧穿浅基础建筑物的地表沉降进行了预测分析，分析了可能的沉降规律，并针对沉降规律给出了施工中控制建筑物及地表沉降变形的工程措施。

（2）同步注浆和二次注浆对盾构隧道侧穿建筑物变形控制非常重要，因此研究了注浆层弹模和注浆压力对隧道侧穿浅基础建筑物的影响。结论如下：通过提高注浆层后期强度来控制浅基础沉降的方法效果较差，可通过外加剂的加入，提高浆液注入层的初期强度，以确保浅基础不会产生较大变形。

当注浆压力较大时，浅基础会发生隆起，当盾构尾盾掘进离开浅基础后，由于浆液注射层内部压应力消散，对浅基础影响较大，使其产生过大沉降变形。