阴悦
北京城建设计发展集团股份有限公司，河南省郑州市，450000
摘要：目前我国的轨道交通建设得到了迅速发展，盾构区间隧道作为地下工程的建设重点，在许多中心城市得到了应用。盾构隧道具有自动化程度高、劳动强度低、施工速度快、不受气候和地形限制、对环境影响小等优点，在地铁建设中得到了广泛应用。受城市复杂环境和自身施工方法的限制，盾构施工不可避免地会引起周围地层的变形，影响邻近建筑物的正常使用和安全。
关键词：地铁隧道;盾构施工;建筑结构;影响;
引言
近年来我国地下轨道交通工程发展迅速，其中盾构法施工在地铁修建中扮演着重要角色。盾构机掘进过程中常有侧穿、下穿一些既有高层建筑物，其中不乏穿越桩基建筑物，盾构施工时会产生周围土体扰动，对建筑物桩基产生一定附加应力和位移。因此研究盾构隧道施工对临近既有桩基建筑物的影响具有重要的意义。
1盾构隧道施工过程模拟
在隧道盾构施工中，为减少开挖引起的地层变形，通常对盾构尾部空隙进行同步注浆。同时，为防止掌子面失稳，对其施加顶推力。由于本盾构区间的地质条件较好，施工中可以采用较小的注浆压力和掌子面顶推力。作为最不利条件，本文将注浆压力和掌子面顶推力设置为0，最大限度地预测盾构施工引起的地层沉降变形。建筑物和盾构施工的数值模拟包括初始地应力计算、建筑物施工和隧道开挖3个过程。在隧道开挖模拟中，由于没有考虑注浆压力和掌子面顶推力的影响，每一掘进步可简化为盾构掘挖和管片铺设2道工序。已有研究表明，不同的计算进尺对地面最大沉降量的影响并不十分显著。为节省计算时间，在保证计算精度的情况下，根据经验将每步计算的掘进进尺设为6m。采用分步和双线同时掘进，单次掘进5环管片，每环管片长1.2m，共计68个掘进步。除初始掘进步和最后掘进步外，中间各掘进步包括本步中的土体开挖和前一掘进步区间的管片铺设。
2盾构施工对地层与建筑结构影响
2.1盾构法引起的地面沉降
在地铁隧道盾构施工中，我们要兼顾多个方面的影响因素，盾构施工包含了多个操作环节，在对地层进行开挖的过程中，受外部作用力的影响，隧道外层的物质会随着内部向心力涌入到隧道中，彼此相互挤压移动，对地层的稳定性影响较大。隧道开挖后，地表土体结构会发生改变，特别是在使用盾构法施工中，掉应力的把控是比较严格的，如果应力波动幅度过大，那么随着地层的移动和土体的缺失，地层就会呈现一个不稳定波动，出现较多的土体隆起。土体被挤入盾尾的空隙中，隧道向外扩充，如果压降量没有达到预期的标准，就会使得压浆压力出现范围性波动，导致盾尾坑道土体失衡，尤其是在水体含量不稳的地层，更容易出现地面大幅度波动沉降问题。
2.2盾构施工对基础工作性状的影响
双线同向盾构施工引起的锚杆变形（即位移）。研究出，最大总位移为1.51mm，水平X向和Y向的最大位移分别为0.27mm和0.43mm，最大沉降为1.51mm。随着盾构的推进，隧道附近锚杆受到的影响较大，主要表现为锚杆中部出现靠近盾构隧道区域一侧的变形。并且，通过对比最大、最小轴力单元在盾构施工前后的轴力，得出盾构施工对隧道附近锚杆轴力的影响较大，最大、最小轴力的变化分别为187.5%和1.0%。
2.3土体稳定性降低
盾构施工中涉及的设备比较多，盾构设备的体积比较大，在运行的时候，会对地层产生强烈的振动幅度，使土体结构受到破坏，盾构施工所形成的隧道周围有一层空隙，空隙的存在使得水流流入到了隧道中，在盾构设备持续推进的过程中，大量的水流进入到其中，空气内部的水压力逐渐降低，内部压力的失衡导致地面沉降现象的出现。
盾构施工所产生的压力比较大，持续性的土体波动幅度较长，如果没有进行合理的处理，会对土体造成较大的破坏。
2.4盾构施工对地层变形的影响
双线同向盾构施工引起的地层变形（即位移）分布。最大总位移约为3.32mm，水平X向和Y向的最大位移分别约为1.20mm和1.32mm，最大沉降（沉降取Z向位移的负值，以下同）为3.31mm（隧道顶）。地表层（填土、粉质黏土、全风化层和强风化层）最大总位移为2.07mm，水平X向和Y向的最大位移分别为0.52mm和0.65mm，最大沉降为2.07mm（强风化层）。从地层的变形特征可以看出，盾构施工引起的地层变形主要集中在隧道上方的周围土体，变形以沉降为主。
3风险控制措施
3.1盾构区间始发
盾构始发期间，较长一段时间内，盾体和围岩之间的空隙得不到及时有效填充，如地层加固体质量较差，会形成渗流通道，造成涌水涌砂事故。因此，盾构始发端的端头加固对始发安全尤为重要，端头加固设计主要考虑以下因素。(1)选择合理的端头加固工法，根据具体的地质情况，采用降水、搅拌桩、旋喷桩、注浆、水平冻结、垂直冻结、素桩、素墙等工法。(2)根据车站端头的水文地质情况，合理确定加固区域的长度、深度，尤其是在富水砂层，加固体范围不够时，盾构机壳体与土体之间的空隙将形成渗流通道，导致涌水涌砂。(3)严格控制加固区加固质量，加固体强度不满足要求时，难以满足盾构掘进过程中剪切、滑移的要求，将出现局部渗漏。(4)为保证始发的安全，防止始发掘进时浆液、地下水从盾壳和洞门间隙流失，必须保证洞门的密封效果。
3.2沉降观测点的布设
正常情况下，沉降观测点布置在岩隧道的中线地面上，地面布设点的距离控制在5m左右，每个检测断面上布置5个观测点。现在隧道的中线上设置一个点，点与点之间的距离左右间隔为5m。对于不同的地层布设点距有着一定的变化，在软土地层，要根据隧道的深埋度和周围地质条件做出合理的调控，对监测点和断面进行加密。如果隧道上方路面为混凝土，在沉降的时候可以采用两种布设方式：一是混凝土路面观测点布置，在路面中心处每隔20m布设一个观测段面，在路面表层上，从而更好的观测路面沉降量；二是路面下方土层布设观测点，这样可以防止路面硬化造成观测误差。
3.3盾构区间掘进
盾构区间侧穿建筑物时，一般采用同步注浆及通过后洞内壁后二次注浆，可有效填充刀盘超挖引起的土层空隙，减小地层沉降。盾构通过后，隧道周围土体由于受到扰动，会产生二次固结沉降，为减小对建筑物的影响，侧穿建筑物范围盾构管片采用多孔管片;盾构通过后，及时对管片周边3m范围进行主动填充式注浆加固。
结束语
盾构法在地铁隧道施工中的应用比较广泛，且应用效果也比较理想，但不可忽略的是因盾构施工对地层与建筑结构影响。(1)盾构始发是盾构的关键工序，事故多发，尤其始发端存在既有建筑物、管线时，对加固方案要求较高。(2)盾构法虽然能有效控制地面沉降，降低施工风险，但盾构始发即开始侧穿建筑物，掘进参数处于摸索阶段，风险较大.(3)研究表明隧道盾构施工总体上对地层变形及基础与建筑物工作性状的影响不大，建筑物的变形及整体稳定性均在安全范围内。
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