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地铁盾构施工对邻近建筑物的影响研究贾哲

发表时间：2020/5/21 来源：《基层建设》2019年第34期作者：贾哲

[导读] 摘要：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。

        浙江杭州 311100
        摘要：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。本文对地铁施工过程中对周边造成的影响进行了详细分析，从现在普遍使用的盾构地铁建设的方式进行研究，希望可以对地铁建设工程实践提供一些参考和借鉴。
        关键词：地铁盾构，建筑物，地面沉降
        1盾构施工概述
        1.1盾构施工内涵概述
        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。
        1.2盾构施工设备管理与维保的现实意义
        在盾构施工过程中，为确保工程稳定性，应尽可能降低设备故障率。这意味着在日常工作中需做好对设备的管理与维护工作，且要重点关注易出现故障的子系统，全面排查各部分运行状态，明确盾构施工设备的整体性能，改变传统方式下事后管理的局限性，采取更为可行的事前预防措施。盾构施工设备维护是一项系统性工作，需做到“操作与保养兼并、预防为主”。不仅于此，在盾构施工设备管理工作中，还要紧密联系实际情况，为之创建完善的制度，在此基础上引导施工人员做好维护工作，规范操作行为，消除主观因素带来的不良影响。值得注意的是，在完善、系统的管理制度下，可有效推动盾构施工设备管理工作，确保各项管理行为都有理有据，可达到管理工作朝既定规划发展的效果。
        2地铁盾构施工对邻近建筑物产生影响的原因
        2.1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。
        2.2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。
        2.3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。
        2.4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。
        2.5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
        3.1影响范围
        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。

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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[1]。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:
        3.2.1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[2]。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。
        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。
        3.2.3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[3]。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。
        3.2.4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[4]。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。
        结语
        总之，盾构施工是推动地铁工程的关键，做好施工管理工作极具现实意义，同时也是确保盾构施工设备工作效率的关键。在实际工作中，应当重视施工对临近建筑物的影响，保证地铁工程与建筑物的安全，这样才能保证地铁工程的顺利运行。
        参考文献
        [1]鞠鑫.双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制[J].铁道标准设计,2019,63(08):120-125+139.
        [2]洪文霞,钱瑾玉,贾明磊.邻近建筑物条件下青岛地铁盾构施工风险评价[J].隧道建设(中英文),2018,38(S2):68-74.
        [3]魏林春,许恒诚,钟宇.基于BIM的地铁盾构施工信息管理[J].土木工程与管理学报,2018,35(06):143-148+162.
        [4]任建喜,杨锋,朱元伟.邻近建筑物条件下西安地铁盾构施工风险评估[J].铁道工程学报,2016,33(07):88-93.
        作者简介
        贾哲，男，浙江杭州，地铁测量、车站及盾构施工。