张娇
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摘要：现如今，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，盾构法施工不可避免地会对隧道周围岩体产生扰动，引发不同程度的土体变形和地表沉降，对地表结构造成不利影响。因此，以轨道交通5号线12标段西站街站—建设路站区间隧道工程为背景，利用ABAQUS有限元软件，建立三维盾构开挖模型，在考虑了盾构单元、管片单元、等代层单元、土体单元的协同作用后，分析了现场沉降监测结果和数据模拟结果，发现模拟出的沉降结果曲线与实测结果曲线走势相似。该研究结果可为盾构左线施工提供一定的理论指导。
关键词：地铁；盾构法；数值模拟；建筑物沉降；等代层；隧道围岩
引言
盾构法作为地下空间拓展的一种工法，具有施工占地小、对周边环境影响小、施工环境好、机械化程度高、开挖速度快、安全性高、成型隧道质量高等特点。然而，由于盾构机所穿越地层具有不可预见性和复杂多变等特点，施工中往往存在着许多不可预见的风险，特别是在不良地质条件下穿越建筑物时，施工风险极大，可能会造成对建筑物的损坏和破坏，造成重大财产损失或人员伤亡事故。所以，在盾构上部建筑施工中一定要严格把关，控制好一切不利因素。
1概述
盾构法作为地下空间拓展的一种工法，具有施工占地小、对周边环境影响小、施工环境好、机械化程度高、开挖速度快、安全性高、成型隧道质量高等特点。然而，由于盾构机所穿越地层具有不可预见性和复杂多变等特点，施工中往往存在着许多不可预见的风险，特别是在不良地质条件下穿越建筑物时，施工风险极大，可能会造成对建筑物的损坏和破坏，造成重大财产损失或人员伤亡事故。所以，在盾构上部建筑施工中一定要严格把关，控制好一切不利因素。本文将从盾构法施工对周边建筑物的影响机理出发，依托深圳地铁2222标盾构下穿翠海幼儿园及景煜小学工程实例，详细介绍盾构上部建筑的掘进参数控制。
2盾构掘进施工对上部建筑结构沉降影响
2.1准备工作
①工前对沿线盾构施工影响范围内的建筑物进行全面调查，列出需重点保护的对象名称及反映其所处里程、地面位置、类型、结构等详细参数的清单，提前作出预案，准备相应材料设备。②根据地质勘察情况或盾构推进过程中的地质变化情况，对建筑物周边地质进行补充详细勘察，明确地形情况、基础土层结构、各土层土体性质、地下水情况等。③加强施工过程中建筑物和土体监测。按其沉降要求做全面的统计，计算出沉降预警值、允许最大沉降量和不均匀沉降要求，为以后施工提供指导。④将始发后的20环列为试验段，在试验段阶段，对盾构的各个工艺流程和施工参数，尤其是注浆工艺进行24h监控，做好过程记录，为盾构安全、顺利的上部建筑提供切实可行的技术参数和措施。⑤针对需要重点保护建（构）筑物，提前作出预案，并准备相应材料设备。
2.2本构模型及材料参数设置
根据前述盾构施工模拟方式，模型中土层、建筑结构及盾构隧道管片均采用三维实体单元模拟；盾壳采用二维板单元模拟；建筑桩基采用一维梁单元模拟。在盾构隧道开挖全过程模拟中，岩土体均采用修正摩尔-库伦本构模型；管片及建筑结构均采用弹性本构模型。
2.3严注浆
由于刀盘直径比盾构直径大，开挖出来的隧道与盾体或隧道衬砌之间形成一定量的空隙；而且由于盾壳与地层之间的摩擦阻力作用，必然会产生一个滑动面。临近滑动面的土层中会产生剪切应力，当盾构刚通过受剪切破坏的地层时，因受剪切而产生的拉应力导致土壤立刻向盾构后面的空隙移动；当管片脱出盾尾后，如不及时充填该空隙，就会被周围土体占领，最终形成较大的地面沉降。壁后注浆是对盾尾形成的施工空隙进行填充注浆，是控制地层沉降的一个重要环节之一。严格控制同步注浆量和浆液质量，务必做到以下三点：①保证每环要达到注浆总量。②保证盾构推进每箱土的过程中均匀合理地压注。③浆液的配合比必须符合标准，可以根据实际情况合理修改浆液配合比。在硬土层中，如硬土泥板岩层中，没有大的裂缝，浆液不会流失到周围土体中去，所以在硬土层中浆液渗透量较软土层小；同时，硬土层的强度大，稳定性比软土层好。当管片脱离盾尾后，产生较大的建筑空隙，会造成管片上浮等多种问题。所以注浆时，应适当加大注浆量、降低注浆压力，因浆体中的胶凝材料可充分进行水化作用，提高浆体强度，有利于减小对地层的扰动、减小地层应力释放。如果压力过高，盾尾空隙填充完后，浆液会流向盾体、刀盘，严重时会裹往盾体、包裹刀盘刀具。
2.4二次注浆
盾构经过的地层，会在相当长一段时间内仍延续沉降，粘土地基长期延续沉降明显大于砂质地基。盾构机通过后的后续沉降属于地基土的徐变特性的塑性变形，该沉降起因是土层的本身性质和隧道周围土体受扰动引起土体结构发生变化。因此，在盾构施工中要阻止和减小这种沉降的发生，通常采取二次注浆的方式来阻止地层发生进一步沉降。二次注浆的形式为管片壁后注浆，即从相应位置的管片注浆孔实施浆液的压注。二次注浆的压力、压注量应根据实际情况而定。同步注浆的砂浆凝固变硬需要一定的时间，条件差的地层或扰动后的地层稳定会滞后，施工中通常在盾构通过时进行同步注浆；在盾构机通过后，如果后续沉降比较大，则需要进行二次注浆，二次注浆可以进行单液注浆和双液注浆，两种浆液各有优缺点。
结语
本章借助岩土工程通用有限元分析软件Midas/GTS对盾构掘进施工过程建立了精细化的数值分析，并对施工引起的地层及上部建筑结构位移规律及受力特征展开了研究，得到的主要结论有：（1）针对盾构掘进对整体土体的影响，可知盾构隧道掘进施工引起的地层水平位移和竖向位移的最大值随盾构掘进逐步向前推进。掘进对土体的影响范围自隧道处向地表发展，垂直隧道方向的地表沉降最明显，距离隧道中心越远则位移越小；此外，盾构距离建筑物越近，则其沉降越大；基于竖向，可知浅层土的位移明显小于深层土，即盾构掘进对土体影响与其深度相关，符合Peck理论，证明了有限元分析的可靠性。（2）上部建筑物因土体扰动发生的影响主要是横向变形和竖向沉降，通过分析可知，盾构隧道掘进施工引起的上部建筑结构桩基位移表现为朝向开挖面内的位移，最大水平位移位于最左排桩基；最大竖向位移位于建筑结构桩基底部；结构靠近隧道一侧的桩基沉降最大，随着盾构掘进逐渐接近结构，沉降也逐步增大，沉降值在盾构距离结构最近的时刻达到最大，且最大沉降值小于建筑物沉降规范限值，可以保证结构安全。（3）盾构隧道掘进施工引起的上部建筑结构的最大水平位移为2.63mm；最大竖向位移为10.11mm。建筑物远离盾构隧道开挖一侧位移远小于邻近开挖一侧。
参考文献
［1］彭畅，伋雨林，骆汉宾，等.双线盾构施工对上部建筑物影响的数值分析［J］.岩石力学与工程学报，2008（S2）：3868-3874.
［2］刘文黎，吴贤国，王彦玉，等.盾构穿越始发段土体加固区时土体沉降扰动分析［J］.城市轨道交通研究，2017，20（08）：5-10，16.
［3］丁祖德，彭立敏，施成华.地铁隧道穿越角度对地表建筑物的影响分析［J］.岩土力学，2011，32（11）：3387-3392.
［4］GB50307－2012.《城市轨道交通岩土工程勘察规范》［S］.北京：中国计划出版社，2012.
［5］赵兴波.地铁车站与相邻建筑基坑一体化施工技术［J］.建筑施工，2018，40（05）：662-664.