分析盾构施工对邻近建筑的影响

    分析盾构施工对邻近建筑的影响摘要：伴随盾构推进一般会发生一定的地基变形,其发生原因可以分为以下几点:l)开挖面上的土水压力不平衡导致开挖面失去稳定性

    分析盾构施工对邻近建筑的影响

    摘 要:笔者首先介绍了盾构施工的基本概念,分析了盾构施工对周边地表的影响及原因,最后分析了对邻近建筑物的影响以及邻近建筑破坏模式。

    关键词:地铁 盾构施工 邻近建筑 地表沉降 破坏模式

    1.盾构法概述

    盾构法(shield-drivenTunneling)是利用盾构机在地面以下暗挖隧道的一种施工方法,具体做法是一边控制开挖面及围岩不发生坍塌失稳,一边进行隧道掘进、出渣,并在机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆,从而不扰动围岩而修筑隧道。盾构法主要用于软弱、复杂等地层的地铁隧道施工。盾构机是一种集开挖、支护、推进、衬砌等多种作业功能于一体的大型暗挖隧道施工机械。

    盾构技术基本原理:盾构施工的主要原理就是尽可能在不扰动围岩的前提下完成施工,从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响。

    2.盾构施工对周边地表的影响及原因分析

    由于盾构法施工引起隧道周围地层的松动和沉陷,直观表现为地表沉降,受其影响,隧道附近地区的结构物将产生变形、沉降或变位,以至使结构物机能遭受破损或者破坏。周围结构物的变形从本质上而言也是由于地层变形而引起的,因此,只有控制地层才能更好地控制周围结构物的沉降和变形。

    2.1地层沉降的原因

    伴随盾构推进一般会发生一定的地基变形,其发生原因可以分为以下几点:

    (l)开挖面上的土水压力不平衡导致开挖面失去稳定性。此时,压力舱压力大于开挖面土压力和水压力时出现地基隆起,相反会出现地基沉降。

    (2)盾构推进对围岩的扰动。盾构壳板和围岩的摩擦、以及围岩的扰动会引起地基隆起和沉降。尤其在蛇曲修正、曲线推进时如采用超挖,会使围岩松动的范围变大加大地基的沉降量。

    (3)盾尾空隙的发生和壁后注浆的不足。盾构施工必然产生盾尾空隙,这一空隙会引起地基的应力释放而产生弹塑性变形。一般可通过实施壁后注浆来控制,但壁后注浆的材料、注浆时间、位置、压力、注浆量都会影响地基的变形量。

    (4)衬砌管片的变形和变位。管片从盾尾脱出后,受到围岩荷载作用发生一些变形或变位,造成地基沉降,但其量一般较小。

    (5)地下水位下降。由于漏水或降水引起的地基沉降。

    2.2地层沉降的机理

    由盾构法施工引起的地层损失和经扰动后的土颗粒再固结是形成地面沉降的两个主要因素。

    2.2.1土体损失

    地层损失一般可分为三类:

    第一类正常地层损失。这里排除了各种主观因素的影响,认为操作过程是认真仔细的,完全合乎预定的操作规程,没有任何失误。地层损失的原因全部归结于施工现场的客观条件,如施工地区的地质条件或盾构施工工艺的选择等。

    第二类非正常地层损失。这是指由于盾构施工过程中操作失误而引起的地层损失。如盾构驾驶过程中各类参数设置错误、超挖、压浆不及时等。非正常地层损失引起的地面沉降有局部变化的特征,然而,一般还可以认为是正常的。

    第三类灾害性地层损失。盾构开挖面有突发性急剧流动,甚至形成暴发性的崩塌,引起灾害性的地面沉降。这常是由于盾构施工中遇到水压大、透水性强的颗粒状土的透镜体或遇到地层中的贮水。

    2.2.2固结沉降

    固结沉降可分为主固结沉降和次固结沉降。由于盾构推进过程中的挤压、超挖和盾尾的压浆作用,对地层产生扰动,使隧道周围地层产生正、负超孔隙水压力。主固结沉降为超孔隙水压力消散引起的土层压密。

    从理论上讲,盾构法施工引起隧道周围地表沉降是指主固结沉降和次固结沉降及施工沉降(也称瞬时沉降)三者之和。如果不考虑次固结沉降,总沉降应等于地层损失造成的施工沉降和由于地层扰动引起的固结沉降之和。

    3.对邻近建筑物的影响

    对于基础埋深较浅的建筑物,其基础四周地层移动的影响可以忽略,仅考虑基础底部土层变形的影响,且为方便分析,认为底部变形和地表变形一致。其受到的影响主要有以下两个方面:

    3.1地表垂直变形对建筑物的影响

    建筑物一般对地面均匀沉降并不敏感,造成建筑物破坏的原因主要是不均匀沉降。地表的沉降差值常导致结构构件受剪扭曲而破坏,尤其框架结构一般对沉降差值比较敏感。地表的倾斜则对底面积小、高度大的建筑物影响较大,其能使高耸建筑物的重心发生偏斜,引起应力重分配;倾斜大时,还会使建筑物的重心落在基础底面积之外而使其发生折断或倾倒,但这种情况很少。地表曲率有正、负之分。在地表负曲率的影响下,建筑物基础犹如一个两端受支承的梁,中间部分悬空,上部受压、下部受拉,易使建筑物产生八字形的裂缝;在地表正曲率的影响下,建筑物基础两端悬空,上部受拉、下部受压,易使建筑物产生倒八字形的裂缝。

    3.2 地表水平变形对建筑物的影响

    地表的水平变形指地表的拉伸和压缩,它对建筑物的破坏作用很大。建筑物抵抗拉伸的能力远远小于抵抗压缩的能力,在较小的地表拉伸下就能使其产生裂缝,尤其是砌体房屋。

    深基础的建筑物不仅受到基础底部土层变形的影响,还受到基础四周地层变形的影响。对于深基础中的桩基,受到的影响主要有下列三方面:

    (l)桩周土沉降引起的负摩阻力导致桩的附加沉降;

    (2)土体侧向变形引起的桩的侧向变形;

    (3)当桩底在隧道上方时,桩底土的沉降和土性变化引起桩端承载力的部分或全部丧失而引起桩的沉降。

    4.邻近建筑物破坏模式

    4.1上部结构的破坏模式

    上部结构的破坏以裂隙的发生与发展为特征,而裂隙的位置与形式则与处于沉降槽的位置有关。根据调查结果,砖石结构等剪切破坏一般有正八字形破坏及反八字形破坏,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凸段。

    5.结论

    地铁隧道开挖势必引起土体的沉降及变形,当地表沉降及变形达到一定程度时将对周围存在的各类建筑物造成影响,从而造成其正常使用功能的丧失。由于地铁施工多处于市区,地铁隧道对衬砌、建筑物的内力和变形的要求非常严格,因此有必要研究地铁隧道邻近建筑物施工时的相互影响作用,同时努力建立起相关的损害评价标准,从而在保证邻近建筑物整体安全的前

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