盾构隧道施工的环境效应影响分析

【摘要】随着社会经济的发展，城市的道路交通日渐完善，地铁交通的建设也必将促进城市的发展，因为，对地铁建设的相关技术（如盾构隧道施工技术）进行研究与分析则显得尤为迫切与重要。本文对盾构隧道施工的环境效应影响展开了探讨，分别就盾构隧道施工地层、地下管线的影响、临近桩基以及地面建筑物的影响展开了具体分析与探究，希望能为实际工作起到一定的指导作用。

【关键词】盾构隧道施工；环境效应；影响分析

引言：盾构施工是在软土地区修建地铁隧道的一项重要手段，具有着施工环境好、施工工艺简单、施工危险小等一系列施工优势，是一种安全有效的施工形式。然而，纵然盾构隧道施工是一项比较热门的研究领域，然而在现有的国内外文献中，真正有价值的研究成果却不多，在对盾构隧道施工环境效益方面的研究，更是尤为缺乏，至今都未能形成一个安全而完整的评价系统。为此，对盾构隧道施工环境效益进行研究，对相关评价系统进行完善已经成为了相关施工企业亟待解决的一大重要课题。

1、盾构掘进引起的土体附加应力分析

盾构隧道施工的环境效应影响首先便体现在其对周围土层的影响上，即造成周围土体位移场和应力状态发生变化。对于前者而言已有大量的学术及实践研究成果，但在对于后者的研究上，却尤为不足。然而，土地应力状态上的变化是作为引起土体沉降和变形的主要原因，是预防土体沉降的关键，对其规律进行研究对地铁隧道的设计与施工来讲有着十分重要的现实意义。

另外，在盾构推进过程中，引起土体产生附加应力的因素不仅包括土体的物理力学参数，还包括盾构施工参数，如盾构顶推力、刀盘推进切削土体、盾构壳体与土体之间的摩擦力、地层损失、超挖、盾尾注浆以及衬砌变形等。目前为止，对盾构掘进引起的土体附加应力的研究方法主要有三种，即室内外试验、理论计算公式以及数值计算方法。其中，理论计算内容主要包括对盾构掘进面压力引起的土体附加应力的计算；对刀盘切削土体引起的附加应力的计算；对盾尾空隙引起的土体附加应力的计算以及对注浆压力引起的土体附加应力的计算。为此，在盾构隧道职工过程中，要相对土体附加应力进行有效控制就必须对以上几项影响因素进行高度重视，并通过各类理论及数值计算公式，来对各类附加应力进行预算，以达到预防土体位移及应力状态发生变化的目的【1】。

2、盾构隧道施工对地下管线的影响分析

地下管道作为城市的生命线工程，承担着多想与人民生产、生活密切相关的工作任务，如供水、供电、供气等，在城市建设与发展过程中占据着举足轻重的重要地位。然而，由于大多数地下管道的材料都是由铸铁或混凝土构成的，往往会由于过度的屈服接头渗漏和管线的破裂，而影响到系统的功能。倘若在盾构隧道施工时，由于各种因素而使得地下管线中产生的附加应力或变形超出管线的承受能力，那么管线便会遭受到严重的破坏，其功能也会受到不可估量的严重影响。然而，在盾构施工中，造成地下管道损害的原因不是单一的，即不仅包括地下管道自身的材料，还包括以下五个方面的因素。其一，地下管道的长度、壁厚以及挠屈，其二，施工区域土层的类型以及上覆土的厚度，其三，柔性接头的位置及间距，其四，锚固区对管线的影响程度，其五，施工区域地下管线所处的环境以及管线的使用寿命【2】。

地下管线作为一种重要的城市公共服务设施，其作用与功效是不可估量的。为此，保护地下管线也成为了盾构施工的重要工作任务之一。相关技术人员应当在充分了解隧道周围地下管线分布情况及其类型（如管线材质、管线用途、管线走向、接头形式、管线埋置深度以及管线离隧道的距离等），把握地下管线所在道路的地面人流与交通状况的基础上，将测试方案进行科学制定；根据管线材料的容许应力及管线容许最小曲率半径来对管线的容许最大变位值进行确定；运用有效的监测方式来测量邻近地下管线，并对地下管线所受的影响进行有效评估，必要时对原设计和施工方案进行调整，以此来将盾构隧道施工中对地下管道的影响降到最低，进而确保整个工程的安全【3】。

3、盾构隧道施工对临近桩基的影响分析

在盾构隧道施工中，临近地桩往往会由于开挖面顶推力以及土体的损失，在盾构机的掘进过程中受到严重损害与影响。具体来说，当掘进面压力小于所处土地的侧压力时，土体则会向隧道的内部进行移动，进而桩基会沿隧道掘进的反方向发生挠曲；反之，桩基沿盾构掘进方向挠曲，其桩基的弯矩则会随着掘进面压力的增大而增大【4】。另外，盾构隧道施工对临近桩基的具体影响过程可分为到达前的加压阶段和离开后的卸荷阶段。通常情况下，桩基都是埋藏于地下的，对其受力及变形情况很难进行有效观察与测量，为此，利用相关理论及数值计算公式对桩基的受力及变形程度进行科学计算则显得尤为重要。我们应当积极建立起盾构施工卸荷阶段桩体的侧向和轴向变形及受力计算公式，并对隧道一土一桩基的共同作用进行充分考虑，与此同时，将三维有限元模型分析桩基的变形和受力进行有效建立，并对各参数的敏感性进行有效分析，以通过该系列措施的实行来达到防范盾构隧道施工对桩基产生影响的目的。

4、盾构隧道施工对临近建筑物的影响分析

隧道施工所引起的土体位移对建筑物的地基也会产生一定的影响，而这种影响会通过地基来对建筑基础乃至是建筑上部结构进行传递，进而引起建筑结构的次生内力和变形，甚至是造成建筑物的倾斜与坍塌。

建筑物的刚度与自重是影响周围土体移动的最主要因素，而在盾构隧道施工与顶管施工过程中，倘若顶推力大于静止土的压力时，前方的土体会由于受到挤压作用而形成地表隆起，

进而使得临近的建筑物的基础进行上移，轻则导致建筑物的不均匀变形，重则导致建筑物裂缝的产生，对建筑质量及人民的人生安全形成了一定的威胁。综上所述，在盾构施工过程中，影响临近建筑物的主要因素有基础和上部结构的刚度、结构形式、结构尺寸以及结构所处地表沉降槽的位置，倘若不对这些影响因素进行充分关注与完善，则极易造成建筑外表的破坏、建筑结构及功能的损害【5】。为此，我们积极做好安全工作，采用注浆加固地基、桩基托换、设置隔断墙、加固建筑物本体以及改善建筑物设计方法的方式来将盾构隧道对建筑物的影响减小到最小。

5、结语

总而言之，盾构施工虽然是一种安全有效的施工方式，但往往由于地质条件和施工工艺的限制，盾构推进仍不可避免的对周围环境（土层、地下管线、桩基以及建筑物）产生一定的影响。为此，相关施工技术、管理人员应当充分做好各项安全工作，尽可能利用各项计算公式对盾构施工引起的地面变形以及对周围建（构）筑物和地下管线等设施的影响进行科学计算，以便在施工过程能既是采取针对性的有效措施来保障施工区域的土层、地下管线、桩基以及建筑物的安全，为解决盾构施工引起的环境效应问题提供一条更有效的途径。

参考文献

[1]葛卫娜，梁青槐.隧道开挖对周围建筑物造成的损害及治理措施[J].华北科技学院学报. 2005（03）

[2]魏纲，徐日庆.软土隧道盾构法施工引起的纵向地面变形预测[J].岩土工程学报. 2012（09）

[3]姜忻良，赵志民.盾构施工引起土体位移的空间计算方法[J].华中科技大学学报（城市科学版）.2012（02）

[4]张帅军，孟树红，杨海.地铁区间隧道穿越建筑物的施工技术[J].西部探矿工程. 2013（04）

[5]刘海燕，姜玉松.隧道开挖对地表及建筑物影响的研究与分析[J].西部探矿工程. 2013（03）

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