盾构施工对周围环境的影响

盾构施工对周围环境扰动的影响特性及控制措施摘要：盾构施工过程中引起的地表沉降与变形地下管线变化及对地面建筑物的影响是造成环境安全的主要问题，为保证盾构施工中地面变形达到最小地下管线和地面建筑物不遭到破坏必须采取有效的地面沉降控制技术以及地面建筑物和地下管线的保护技术。关键词：土体变形、地表沉降、控制变形一、盾构对周围环境的影响（一）盾构推进对周围土体的影响1、土体变形特点：盾构掘进时引起土体中产生应变,表现为地表沉降和侧向变形。地表沉降由五部分组成：①盾构到达前地表沉降(δ1),是由于盾构掘进引起土体应力状态改变造成的,主要是由于超孔隙水压产生,有效应力降低,一般表现为地表隆起;②盾构到达时的地表沉降(δ2),是由于开挖面上的平衡土压力引起的,通常用超载系数N=σ0−PCμ表示开挖面上压力对地表沉降的影响,超载系数与地层损失有很好的对应关系;③盾构通过时的地表沉降(δ3),是由于盾构与土层之间的摩擦剪切力,以及盾构“抬头”和“叩头”引起的;④盾构通过后脱出盾尾时的地表沉降(δ4),是由于“建筑空隙”和应力释放引起的;⑤盾构通过后长期固结沉降(δ5),是由于土体受盾构掘进扰动,土体再固结引起的。通常将前四项地表沉降的总和(∑δi4i=1)称为即时地表沉降。即时地表沉降大小可以通过优化盾构掘进参数加以控制,即时地表沉降的大小反映了盾构掘进时对周围土体影响大小,即时地表沉降越大,盾构掘进时周围土体的影响越大,即时地表沉降是衡量盾构掘进对周围土体影响的标准之一。盾构通过后长期固结沉降是由于盾构掘进对土体扰动引起的,盾构掘进对土体扰动越大,盾构通过后长期固结沉降越大。盾构掘进引起的地表即时沉降反映了盾构掘进对土体影响程度。2、土体变形范围根据盾构掘进时土体的位移方向可以得到盾构工作面前方的两类剪切破坏面,盾构掘进时盾构工作面前方土体扰动范围L的理论值由这两类剪切破坏面控制。当水平方向是大主应力方向,即土体位移方向远离工作面,地表隆起。此时,土体扰动范围L的理论上限值为L=Htan(45°+φ/2)(1)式中H是隧道轴线埋深,φ是土体的内摩擦角。当水平方向是小主应力方向,即土体位移方向朝着工作面,此时土体扰动范围L理论下限值为L=Htan(45°-φ/2)(2)盾构掘进时,垂直于隧道轴线方向地表扰动范围W理论值也分两种情况:①盾构通过时,盾构挤压土体向两侧移动,地表土体扰范围W理论上限值为W=R+Htan(45°+φ/2)(3)式中R是隧道的半径,H是隧道轴线埋深,φ是土体的内摩擦角。②盾构通过后,由于建筑空隙,土体向隧道中心移动,此时地表土体的扰动宽度W理论下限值为W=R+Htan(45°-φ/2)(4)（二）对建筑物沉降影响在盾构正常掘进地段,建筑物的沉降形式与地表沉降一致,最大沉降发生在盾尾脱出管片阶段,在主要沉降影响区的房屋(在盾构隧道轴线两侧3m范围)沉降大,主沉降区的房屋沉降一般在-15.0～-25mm;在主沉降区外的房屋沉降小,沉降值小于-10mm,距隧道轴线较远(10m以上)地段,盾构掘进基本对房屋没有影响,其沉降变化量在-4mm以下。另外,基础刚度较大的房屋沉降相对较小,且比相应位置的地表沉降略小。在特殊地段如：软流塑淤泥质地层为高压缩高灵敏度地层,对扰动敏感,在房屋荷载和盾构掘进扰动的作用下,地层产生压缩再固结沉降,地层后期变位大。而且在这种地层,盾构姿态和掘进控制难度增大,同步注浆对控制变位的影响减弱,主要是地层呈流塑状时,盾尾空隙不能完全由浆液充填,部分被淤泥充填,因而沉降可能更大。（三）对地下管线的沉降影响隧道周围地下管线主要有煤气管、给水管、排污管。与隧道正交的横断面沉降基本呈正态曲线分布,与盾构掘进引起的地表横向沉降槽相适应,在地下管线埋深较浅时,也可以地表沉降来代替地下管线的沉降。且此时地下管线的沉降长度较小。管线在盾构掘进主要影响区内的管线沉降大,主影响区外沉降小。（四）对交通及周围景观的影响盾构多在地面主干道路下穿行,因此,盾构施工可能会产生对地面交通和景观的影响,具体表现在以下几个方面:(1)盾构施工产生的地表隆沉可能会影响地面车辆的行驶;(2)盾构工作井区域内的施工活动如行车的移动、管片的堆放等均需占用一定的场地,从而不可避免地会影响到交通的运行;(3)地铁多在城市繁华地段穿行,因此,盾构施工时对城市景观尤其是对市民或游人的视觉也会造成一定程度的影响。二、对周围环境影响的控制措施：（一）地面沉降控制技术：(1)地表沉降归根结底是由于盾构施工对土体的扰动,因此为减小地表沉降,就必须减小盾构施工对周围土体的扰动。因此研制并采用更先进的盾构就成为必然的选择。研制具备自适应能力的盾构施工参数控制系统(即根据施工监测数据自动调整施工参数)就成为减小盾构施工对土体扰动的有效措施。(2)盾构推进轴线尽量与隧道设计轴线保持一致。盾构推进时要及时纠偏,并且一次纠偏量应控制在5mm内,并研制采用自动纠偏系统。(3)盾尾建筑空隙及时注浆,并采用结硬性、流动性较好且收缩性小的同步注浆浆液。(4)正确选择盾构机型，保持开挖面稳定。(5)提高管片的抗渗能力。管片渗漏水也是导致地表沉降的主要原因,这是因为:第一,地下水位下降,土中有效应力增加,从而土体固结,引起地表沉降;第二,地下水流动使得土中细小颗粒(尤其在砂性土中)产生移动,土颗粒间空隙受到压缩,从而导致地表沉降。因此,为提高管片的抗渗能力,需采取“三合一”方式即设计-施工-维护保养三阶段统一考虑,综合解决。(6)保证盾构施工连续，防治盾构停置（二）对周围构筑物和地下管线的的保护技术:（1）编制合理的施工方法，控制隧道轴线，优化匹配。（2）提前采取预防措施,比如对将要影响到的构筑物进行加固,提高其抵抗变形的能力,或者设置隔离墙(树根桩、钢板桩、搅拌桩或连续墙等),截断影响源;（3）重视对周围建筑物尤其是重要建筑物的变形监测，信息化施工指;（4）事后采取补救措施,即根据监测结果采取注浆等方式对盾构施工影响到了的构筑物进行纠偏。具体采取哪种措施要根据构筑物的重要程度、结构形式、与隧道的距离、施工场地条件等进行经济技术比较后确定。三、结束语盾构对周围环境的影响是不容忽视的,尽管由于技术的改进,其推进起的沉降是目前地下工程施工引起较小地层移动的方法。盾构各阶段引起地表沉降具有较大的变异,主要取决于地层条件、盾构施工技术及周围环境。控制对周围环境的变形影响对地铁隧道建设具有十分重要的意义。四、参考文献[1]地铁隧道盾构法施工对环境的影响研究；黄秋成等[2]地铁盾构机掘进对周围环境影响的现场测试研究；陈福全等[3]外滩观光隧道盾构施工的扰动分析；徐永福等[4]天津地铁盾构施工及环境保护；蒋冰玉等[5]盾构施工对周围环境的影响及防治措施分析；谢新生等[6]盾构隧道施工引起的地表沉降及现场监控；黄宏伟等