超大直径泥水平衡盾构施工时建筑物保护技术研究

超大直径泥水平衡盾构施工时建筑物保护技术研究

刘富强

中铁十五局集团城市轨道交通工程有限公司 河南省 洛阳市 471002

摘要：随我国城市化进程的逐渐加快，近年来注重起对地下空间的开发，在地面建筑物下进行隧道施工的情况越来越常见，为了降低对附近建筑物造成的影响，需要在隧道施工中寻求最佳施工方案。盾构结构是防止地表不均匀沉降、影响房屋结构的施工措施，为了充分发挥盾构结构的作用，需要在超大直径泥水平衡盾构结构的施工中加强对建筑保护技术的研发。本文结合在盾构施工中对建筑物造成影响的原因，分析超大直径泥水平衡盾构施工中的安全管理技术，提高施工稳定性。

关键词：泥水平衡盾构；超大直径；建筑保护

引言：泥水平衡盾构施工与土压平衡盾构相比具有更高的施工难度，需要施工人员更加重视对地表沉降的控制，在超大直径泥水平衡盾构施工中，施工导致的底层损失、扰动周围土体、间隙没有充分填充，都会导致地表沉降的问题，在施工中需要合理设置切口压力防止房屋沉降，这一措施主要发挥着对正面土压力进行平衡的作用，在实际施工中需要结合情况采取合理手段。

一、避免建筑物沉降的对策分析

在盾构施工中导致地表变形的主要原因在于周围土体扰动后形成的土颗粒发生再固结或是施工中造成的地层损失，以下为导致地层损失的不同原因和对应的解决措施：

（一）隧道周围土层扰动

产生这一问题的原因在于周围土体遭受来自盾构壳体的摩擦和剪切力，当盾构在水平方向沿直线推进，并且不具备超前量时，可以忽略对周围土层造成的摩擦扰动。只有在盾构出现偏差时，才会产生对土层的挤压，或是在推进时以隧道轴线作为曲线，也会导致挤压作用的产生，并且此时还会出现超挖问题^[1]。因此为了降低对周围土层造成的扰动，需要加强对盾构姿态的控制，及时发现偏离，保证施工的稳定性。

2. 开挖面平衡遭到破坏

当泥水质量合格时，能够在泥水平衡盾构中在开挖面形成泥膜，并且正面土压力也会受到切口压力合理性的影响合理的切口压力具有维持平衡的作用，通常情况下可以利用相应公式进行计算，获取科学的切口水压上限。

2. 土体反弹

导致土体反弹的原因为开挖卸载，此时会出现隧道上浮的现象，并且导致固结沉降的现象，主要由开挖导致下卧土层空隙水压力消散引起。为了解决这一问题，可以采用同步注浆和及时对内部结构施工进行跟进的方式，需要施工单位加强对施工过程的管理^[2]。

2. 没有及时充分填充建筑间隙

在对建筑间隙进行充填时，需要对注浆压力进行控制，在同步注浆中压力过大就会导致地面隆起，而压力过小会产生不充分充填的问题，因此在施工中应该采用双控手段，同时对注浆量和注浆压力进行控制，结合实际情况进行调整，使其符合地质条件、地面附加荷载和注浆压力等因素的严要求，一般情况下体积为建筑间隙的120%上下。

2. 周边建筑保护措施

1. 造成房屋沉降的主要原因

在平衡土压力的过程中，泥水盾构主要依靠泥水压力，能够避免土体出现突涌的问题，主要原理是泥水之间会形成一层泥膜，盾构掘进时造成的地层损失以及产生的应力都会相应降低。因此在控制地表沉降中最重要的就是维持稳定的工作面，并且保持泥水盾构中泥水压力的平衡，在实际操作中通过对土量和开挖面进行控制能够减少地面沉降问题，可以按照P=PO+20(KPa)来对压力进行控制，其中P表示泥浆压力，PO为土压力和中心地层静水压力之和，在实际施工中需要加强对现场的监测，根据监测数据对压力进行灵活调整。

避免地表沉降的重点在于泥水盾构注浆的同步进行，在填充管片和土层之间的空隙时，如果刀盘和盾体直径比管片直径大，需要保持注浆浆液的同步进行，并且需要维持注浆压力的稳定，使其保持在0.4MPa上下，并控制在150%的填充率。在同步注浆中对浆液有着较高的要求，需要其具备较好的流动性，控制好初凝时间，在不易分层的早期注浆时间需要严格选择浆液材料，并合理规划配比，在实际施工中需要对地层进行考察，依据实际情况调整前期配比^[3]。

此外导致地表沉降的原因还包括土体扰动、管片变形和漏水、盾构纠偏等，需要加强对这几方面因素的控制，做好各阶段的沉降分析，全面掌握在盾构通过前后和过程中沉降情况，根据实际情况分析导致沉降的主要因素，合理调整参数，有效降低地面沉降风险。

2. 建筑物的实际保护措施

在超大直径泥水平衡盾构施工时，建筑物基础会受到地层沉降或扰动的影响，因此在保护周边建筑物时需要避免对其基础造成影响，通常采用地基加固和对建筑为本身进行加固的手段，并控制盾构施工参数。

1. 建筑物加固

通过提高建筑物的整体刚度能够实现对建筑物本身的加固，可以避免建筑受到破坏，产生开裂问题，具体可以对建筑的梁、柱、墙等结构进行加固，或是对桩进行加固。

2、建筑物基础加固

首先可以采用注浆的形式加固盾构周围土体，能够解决土体扰动的问题，降低土体松弛新现象产生的概率，能够有效解决盾构上方地表沉降的问题，并对土体变形形成有效控制。或是采取隔离方式减少盾构施工对建筑造成的影响，具体措施是将盾构与建筑物隔离开，设置排桩、隔离帷幕等。此外还可以对地基进行加固，通过提高强度来增加地基的承载力

^[4]。

3、控制盾构施工参数

通过控制参数能够减小盾构掘进过程中对地层造成的扰动，从而起到保护周边环境的作用。在实际施工中需要分别对泥水压力、泥浆参数、掘进速度、掘进参数等进行计算，结合实际情况选择最佳参数，最大程度上降低对建筑造成的影响。在建筑年份过于久远时，需要适当加大对建筑情况的监测力度，并设置专门的应急预案，加固原本的建筑和地基，保证建筑不受到破坏。在实际施工中需要加强对环境的监测，如果发现地表沉降问题，需要采取合理的解决手段。

4、采用视频监控监管盾构区间

在盾构安全保护模块中，盾构区间视频监控管理是重要组成部分，在施工现场管理中发挥着重要的作用，主要由摄像机、传输设备、接收客户端构成，前端摄像机的布置应该做到全面覆盖，包括对盾构机操作室、吊装运输区、管片拼装区、盾构尾端、吊装井口、盾构机出土口进行全面监管，保证出土环节、管片吊装与拼装、轨行区施工、盾构隧道施工等环节的安全，通过视频监控能够实时获取施工数据，并对参数进行分析，达到远程监管的目的，能够提升整体管理效率，保证施工各环节的规范性，保障周边建筑物安全^[5]。

结语：盾构隧道作为当前较为常见的工程，在施工中面临着较大的风险和难度，尤其是超大直径泥水平衡盾构施工，在施工安全管理中具有更高的难度。因此在施工中需要加强对建筑沉降的管理，通过采取科学手段能够普有效降低出现土地沉降的风险，此外还需要加强对先进技术的应用，通过提高盾构机的兼容性、加强对施工过程管理等手段，能够有效提高施工过程的安全性，确保完全按照施工标准进行，充分保障周边建筑的安全性。

参考文献：

1. 唐晓鹏,黄威,陈培帅.大直径泥水盾构穿越建筑物施工风险分析及控制技术研究[J].中国水运(下半月),2018,18(06):201-202.

2. 邵明月,陈勇华.超大直径泥水平衡盾构机现场组装关键技术分析[J].工程技术研究,2019,4(06):7-10.

3. 甄精莲,贾瑞晨.地铁盾构施工对邻近建筑物的影响研究[J].山西建筑,2020,46(5):129-130.

4. 俞培德,张杰,张龙飞,等.大直径泥水平衡盾构气垫压力平衡控制系统[J].建筑机械化,2020,41(3):42-44,59.

5. 彭学军,孙望成,饶永强,等.盾构施工对周边建筑物影响及其保护技术[J].湖南文理学院学报（自然科学版）,2020,32(2):75-79.