地铁施工对邻近建筑物的影响研究

吴恺

摘要：随着城市交通的发展，越来越多的城市大力发展地下空间，其中地铁作用重要的交通运输，在其施工中，往往穿梭于城市交通密集区，其施工必定对周围的建筑物有一定的影响。本文通过地铁施工对邻近建筑物的影响因素的分析，总结了建筑物在其影响下可能的损害模式，针对周围的建筑物情况采取相应的施工措施，减少对邻近建筑物的影响。

关键字：地铁施工；邻近；建筑物；影响

21世纪初是地下空间工程发展的重要时期，21世纪是地下的世纪。为解决城市交通、贸易、停车、通讯、供水、供电等工程占地的重大难题,人们将大力发展利用地下空间。近年来,许多大中城市高速发展,给城市交通带来很大的压力。为了缓解城市的交通拥堵情况,开发地下交通设施显得尤为重要。这也就使得地铁在城市交通中占有很重要的地位,并且得到迅速发展。但在市区修筑地下工程往往都需要穿梭于地下管线复杂、地面建筑密集的城市中心地区,地铁施工引起的地面沉陷对邻近的地面建筑物的安全有一定的影响。因此，研究地铁施工对邻近建筑物的影响具有重大的意义。这些影响包括以下几个方面：

1)引起路面塌陷或地面设施破坏;

2)由于地面变形造成周边建筑物沉降、倾斜至倒塌;

3)地形沉降引起地下管线破裂。

因此，在地铁施工过程中根据具体的实际工程，采取相应有效的措施。并且根据建筑物的沉降控制标准,对地铁施工过程进行有效的管理,严格控制地表沉降,保证周边建筑物的安全和使用。

1地铁施工引起临近建筑物地表沉降因素

地铁施工对邻近建筑物沉降变形有很大影响，其影响因素有地质条件、施工方法、覆土厚度、地层损失、施工管理等，主要原因是施工过程中的地层原始应力状态的改变、地层损失、土体的固结和次固结作用、衬砌结构的变形。这些影响邻近建筑物变形的各个因素不是孤立的，而是相互影响的。

1、施工方法．

地铁隧道施工方法对邻近建筑物的影响很大，因此不同的施工方法对地层的扰动方式不同，即使是同一种施工方法，对于建筑物沉降变形的影响因素也不同．盾构法包括土压平衡、敞开式、泥水平衡、气压平衡等。不同盾构机对地层的适应情况不同。选择盾构机的原则是保证开挖面的稳定。在软土地区，一般情况下，泥水盾构通过泥水压力与水土压力平衡，泥水压力容易控制，有利于开挖面的稳定，比土压平衡盾构更有利于地表沉降控制。敞开式盾构一般在开挖地层能自稳时采用。盾构施工本身对地层和建筑物变形的影响因素有：①土舱压力。当开挖面的支护力大于原始侧向应力时，正面土体将向上向前移动，引起负的地层损失，导致盾构上方地层隆起。反之，当开挖面的支护力小于原始侧应力时，开挖面土体向盾构内移动，引起地层的损失将导致盾构上方地层沉降；②盾构后退。使开挖面松动和塌落造成地层损失，引起地层沉降，使土体挤入盾尾空隙。由于压浆量不足、压浆不及时或压浆压力不适当，使盾尾后部隧道周边的土体失去原始的平衡状态，向盾尾空隙移动，产生地层损失，引起地层沉降。③盾构刀盘的超挖。盾构刀盘的外径往往要大于盾构壳的外径是为了使盾构在行进的过程中，减小盾构壳上的摩擦阻力能够顺利前行。从而在盾构壳外围产生一定厚度的间隙，盾构机由于自重发生下沉到底部，随后周围土体由于填充超挖间隙而产生指向盾构内部的径向位移。④盾壳移动与地层间的摩擦和剪切，引起地层损失。⑤盾构推进方向的改变。盾构推进过程中，盾构纠偏、叩头、抬头、曲线推进造成的超挖等都使得实际开挖面形状大于设计开挖面，从而引起地层损失。⑥土体受施工扰动的固结作用。盾构隧道周围土体受施工扰动后，将形成超静孔隙水压力区．在盾构离开该区后，超静孔隙水压力逐渐消散，使地层体积压缩引起地层的主固结沉降，超静孔隙水压力基本消失后，地层颗粒表面结合水膜发生蠕变等引起地层的次固结沉降。⑦误操作或地质条件突变。盾构施工误操作或前方地质条件突交使开挖面土体急剧流动或崩塌造成不正常的地层损失，引起部分沉降。⑧土水压力作用。在土水压力作用下隧道衬砌结构产生变形和沉降，会引起小量的地层损失。

2、地层条件

不同地层的透水性和力学性质等差异很大，工程施工对其失水固结、扰动程度等引起周围建筑物沉降差异很大，地表沉降也受隧道所处的地层条件的影响。当地层条件较好时，如可塑、中等密实以上的砂土地层、硬塑黏土地层、软岩地层等，地表沉降的大小和分布以及开挖面的断面收敛比较容易控制；而在软土地区，由于软土层的地下水位高、强度低，开挖面自稳能力差，需要采用特殊的辅助施工措施，使开挖引起的地表沉降限制在允许的范围内，才能保证开挖后隧道断面的收敛值得到控制。

3、覆土厚度

确定合理的埋深是地下铁道工程设计阶段一个重要技术问题。地铁隧道埋深受使用条件、隧道工程地质条件、运营功能、岩土体支护系统的稳定性等多种因素的制约，必须在隧道合理埋深中加以考虑。一般情况下，隧道埋深与地表最大沉降值为非线性关系。增大隧道埋深可以减小地表沉降，对地表设施及邻近建筑物提供有利的保护。

4、地下水作用

开挖之前进行降水施工。施工过程中，土体失水固结产生沉降。开挖后，造成地下水因压力差的存在不断渗出，使地层失水．土层孔隙及节理裂隙固结收缩，引起地表、地层的沉降。根据施工经验，地层的持续失水是引起地表沉降、地层变形的重要原因之一．

5、结构断面大小

结构断面的大小对于临近建筑物沉降变形的影响非常显著。一般情况下，开挖跨度越大，施工作业时间就越长，其土体扰动更为严重，引起临近建筑物的变形就越大。

6、施工管理

隧道施工引起的临近建筑物变形的有些因素可以通过在设计阶段得到控制。如线路设计确定后，施工过程一般很难改变，结构断面大小、地层性质、覆土厚度等，但特殊情况下，可以采用辅助施工措施来改变地下水位、地层性质、覆土厚度等，如冷冻、降水、覆土回填、注浆等措施。其中施工方法、地层损失、支护形式、地下水位下降等因素可通过在施工过程中加强施工管理进行控制。对于盾构施工，在推进过程中也可加强施工管理来控制地表的沉降，如保持排土量与推进量平衡，控制压力舱压力，控制曲线超挖、防止蛇行等。

7、其他因素

在施工中，由于地层的扰动，很可能地质异常区周围地层塌陷或造成空洞，地质异常区和地层空洞因此扩大，造成地层沉降变形；管线渗漏造成地层土体软化，在管线下部开挖过程中，饱和水流失造成土体固结下沉。

总之，地铁施工过程中对邻近建筑物沉降变形的影响因素很多，其表现形式是综合性的，在研究地铁施工对邻近建筑物产生的影响时，应该全面的考虑各主要因素的影响才能得到合理的分析结果。

2建筑物的破坏模式

隧道开挖对建筑物有很大的影响，其建筑物的破坏模式主要有以下几种：

（1）上部结构的破坏模式

上部结构的破坏的特征是裂隙的发生与发展，裂隙的发生和发展的位置与所沉降槽的位置有关，砖石结构的剪切破坏有正八字形和反八字形，其中正八字形的裂隙开展模式多发生在沉降槽的下凹段，反八字形多发生在上凹段。

（2）基础的破坏模式

弯曲破坏和剪切破坏是条形基础破坏的主要形式。在各种荷载的作用下，有时是弯曲与剪切耦合作用的情况，需区别对待。

（3）建筑物抵抗变形的性能

当隧道开挖引起的地层变形影响建筑物时，建筑物结构刚度会使其具有一定抵抗变形的能力。结构中不同的条件下对变形有不同的响应，这些因素包括上部结构的刚度、基础刚度、结构的形式及尺寸以及位于沉降槽的位置等。

参考文献：

[1]阳军生，刘宝琛．城市隧道施工引起的地表移动及变形．北京：中国铁道出版社，2002：15~60

[2]施成华，彭立敏等．盾构法施工隧道纵向地层移动与变形预计．岩土工程报．2003，25(5)：585~589