浅埋隧道施工对建构筑物影响的分析与控制

【摘要】随着城市的发展，浅埋隧道开始步入城市范围，隧道的开挖对城市地表的影响巨大，对城市建筑物的稳定更是一种潜在的破坏因素。本文将从以下几个方面来分析浅埋隧道施工对建构筑物影响，并提出可行的控制措施。

【关键词】浅埋隧道；施工；地层沉降

中图分类号：U45文献标识码： A

一、前言

目前，我国地铁在快速发展的同时，浅埋隧道也导致了城市地层的不稳定，影响了建筑物的使用稳定，所以，分析浅埋隧道施工对建构筑物影响很有必要。

二、城市浅埋暗挖隧道施工地层变形

充分把握隧道开挖地层变形机理及破坏特点是分析上部结构内力并对进行变位控制的基础。隧道开挖引起地层变形是一个极其复杂的力学过程,同时包含应力传递和变形传递:应力自地表传至隧道、变形自隧道传至地表。隧道上覆地层条件是影响地层变形的主导因素,包括土层的分布、厚度、物理力学性质差异,土的应力历史及地下水的影响等。采用浅埋暗挖法施工时,对于富含地下水的区段应事先降水,而降水的方式和范围也将影响到地层变形。

城市浅埋隧道地层相对松散软弱,土体损失及固结沉降对地层变形的影响程度较大,受隧道施工过程力学的复杂性影响,地层变形结果往往表现为极大的不确定性。

三、基础沉降分析

由于隧道开挖形成的临空面引起的围岩松动位移，岩体内部裂纹扩展及c，φ，E值的降低，使得地基承载力下降引起地基层沉降变形与基础并不协调，基础的沉降变形要大于地基层岩体的沉降变形，即有一个因为地基承载力下降诱发的附加沉降3。此附加沉降很难直接监测，但其在工程地质条件复杂和地基承载力下降过多的情况下是不容忽视的。下面就基础沉降作简要分析(图1、图2):

图1 隧道开挖前基础沉降

图2隧道开挖后基础沉降

注:1为隧道开挖前基础的固有沉降；2为基础与隧道开挖后基础底面持力层地基协同沉降；3为基础下部地基承载力下降引起的附加沉降。

对于基础沉降可在建筑物上设置沉降点进行观1和隧道开挖后基础底面持力层地基沉降2(2的量测无法从基础顶面设置同一沉降观测点测设，可用结构上部荷载作用下基础影响地基范围以外但受隧道开挖影响与上述基础一致或相当的地表沉降作为2)以及隧道开挖后基础的总沉降，而附加沉降可由3=－1－2获得。隧道开挖引起地基差异沉降变形，由于地基基础上部结构共同作用，此位移场(图3)将使得工作状态中的梁、板、柱产生附加弯矩和变形，改变结构构件的承载、抗裂、抗震耗能等能力，降低其工作延性。在隧道施工期间，轻微的沉降可能导致建筑物门窗角部位置应力集中引起墙体开裂(图4)和卫生间及屋顶防水层裂缝产生渗水等现象，影响结构的正常使用极限状态，若沉降变形过大则引起结构局部力流汇聚，甚至超过其极限承载能力引起结构破坏，建筑发生坍塌、倾倒等严重工程事故。

图3沉降引起结构产生附加内力图4沉降导致墙体开裂

由于附加内力的影响，构件、结构整体延性及耗能能力降低，结构整体刚度发生改变，不仅对建筑施工期间安全不利，且对其长期的影响更为不利，例如不可预计地震作用下的抗震耗能能力。而客观存在的差异沉降，对上部结构的影响如何，上部结构是否仍然安全可靠。

四、控制建构筑物受影响的主要措施

1、严格遵循十八字原则

经过我国施工队伍的摸索和实践，在浅埋隧道施工的过程中，施工队伍总结出了一套十八字的施工原则，能够有效的防止施工对建构筑物产生不良影响，这十八字是:管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。从这十八字中，我们可以看住，在城市进行浅埋隧道的施工，必须要重视思想意识，同时，必须重视必要的工作，不论是注浆工作，还只封闭工作，任何一个程序都不能够有松懈，只有这样，才能够确保施工的低风险，高效率。同时，对于这十八字的原则，不同施工情况也需要结合自身工程的实际情况来选择使用，以提高施工的效果。

2、合理适度地排放地下水

地下水在被排出的过程中，必然会导致上覆地层的强度提高，特别是对于那些靠近隧道工作区域的地层，更加容易提高地层的强度，同时，也会使得这些地层的刚度提高。而对砂层和沙砾地层来说，如果施工队伍盲目的排放地下水，地层上面的上覆多孔介质土层出现超固结的情况，最终有可能导致施工城市地表的大面积沉降。所以，排水必须谨慎，在开挖之前，应该首先检测地层水源的分布，在开挖开始之后，必须对有地下水的地层进行必要的保护，尽量不要过度的排出地下水，如果确实有需要，应该制定可行的排水措施来排水，必须要保证地下水的排出不会对地表造成巨大的负面影响。依照施工的不同情况，可以自由灵活的选择止水帷幕或旋喷桩来隔离地下水的流水通道，以此来封住地下水的流动。当施工中遇到要对地表和洞内的积水进行抽排的时候，要尽量的提高抽排的效率，如果有掌子面开挖的情况，要尽快的使用开挖周边和掌子面注浆、喷混凝土等措施稳定工作面,之后，再及时的停止排水。此外，依照地层的不同，要对小导管进行改善和调整、格栅支护参数以及注浆参数,确保注浆效果。

3、隔离措施

（一）隔断墙。隔断墙的构造主要是钢板桩、地下连续墙、树根桩、深层搅拌桩和挖孔桩，隔断墙能够在地层内部形成刚性的结构，最终能够使得地层的运动不再激烈，但是，隔断墙和结构之间是没有关联的。隔断墙的位移问题也是比较棘手的，所以，适当的时候可以在墙顶部构筑联系梁，同时，采用地锚进行支承。最后，应该考虑隔断墙的施工也是靠近施工中心，要注意不要对施工造成不良的影响。

（二）打管棚。遇到隧道埋深情况比较浅的情况，如果使用渗透注浆的方法来让隧道上面的形成覆盖是不容易的，所以，这种情况下必须要进行打管棚措施，这种打管棚的措施也可以有很好的效果。打管棚也可以起到加固地层，减小地层损失的效果。

4、小导管注浆

（一）超前小导管注浆方法:超前小导管注浆加固地层方法,主要是要根据隧道的开挖线来展开施工，依照开挖的隧道线，然后从纵向的方向来钻孔，钻孔的过程中以倾斜的形式来进行，同时，安设必要的注浆管，注入浆液，从而起到超前加固围岩的效果，这种方法还能够起到防水的效果，对施工中的管棚也有一定的预支护效果。

（二）初支背后注浆控制:初支背后注浆是使用在隧道开挖之后,主要的目的是通过这种方法来填补初支背后出现的不良的空洞,其另外的作用是用于控制注浆的压力，保持注浆的压力能够一直延续到施工完结，这样就能够防止隧道开挖中地层应力完全的消失，维持地层的平衡状态，使得地层的应力能够保持在预定的范围内，减小地层位移变形的可能。由于地层需要一定的应力来维持，所以这种方法可以很好的满足地层所要的应力，依靠注浆这种有效的方法，将应力转移到初支结构上，从而起到应有的效果。总得来说，初支背后注浆可以大大的减少初支变形拥有应力的时间，使得初支能够更加迅速而主动的提供应力，用于维持地层的稳定，最终起到控制地层变形的效果。过程中，施工的标准是浆液的结石率要不低于95%,注浆压力也要切合隧道的埋深程度，还要考虑地层的围岩的等级,一般为0.2MPa~0.6MPa,采用注浆压力指标控制注浆时间。

五、结束语

总而言之，城市地铁的发展更应该考虑城市的地层和建筑物的稳定，避免地铁建设影响城市建筑物的坍塌或者倾斜，一定要采取有效的控制措施来防止浅埋隧道施工对城市地层造成不良影响。

【参考文献】

[1]贺美德，刘军，乐贵平，等．盾构隧道近距离侧穿高层建筑的影响研究[J]．地下空间与工程学报，2010，29．

[2]张晓丽,王梦恕,张顶立.减小浅埋暗挖法施工对建构筑物影响的措施[J].中国安全科学学报,2009(11):69-72.