重叠盾构地铁隧道施工对临近建筑物影响分析

郑小艳，赵东平,李 奎,谭信荣

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

地铁隧道修建中，因盾构法施工的特点，在软土层中掘进隧道时会引起隧道开挖附近地层和邻近建筑物不同程度的位移和沉降[1]。因此，在盾构开挖过程中加强周边地表和建筑物的监控量测，通过将监测数据与预测值作比较，判断上一步施工工艺和施工参数是否符合或达到预期要求，同时实现对下一步的施工工艺和施工进度控制，从而切实实现信息化施工；通过监测确保地下室桩基拔除及邻近盾构施工期间周边地下管线及建(构)筑物正常运行；通过监测及时发现工程桩拔除过程中的环境变形发展趋势，及时反馈信息，达到有效控制施工对周边地下管线及建(构)筑物影响的目的；将现场监测结果反馈设计单位，使设计能根据现场工况发展，进一步优化方案，达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的。

1 工程概况

上海轨道交通13号线隆德路站～武宁路站区间全长655.607 m，埋深8.7～21.7 m。本段区间左线隧道穿越土层主要为黏质粉土层、淤泥质黏土层，右线隧道穿越土层主要为粉质黏土层，采用盾构法施工。线路出隆德路站后，受吴淞江河床标高及长寿路两侧密集高层建筑物桩基控制，隧道采用上下行重叠方案布置，右线走下，左线走上，重叠段长227.545m，二者净距约5.5～5.7m。

经过线路多次优化和比选，区间隧道须下穿天福大厦，穿越部位为东侧主楼东北角部分地下室及车库出入口。天福大厦北侧(盾构穿越侧)及东侧与两栋分别为7层和10层的住宅相邻。穿越范围内有10根φ800mm、长31m的钻孔灌注桩侵入隧道内，需进行拆除处理。

2 盾构施工监控量测

2.1 监测项目

本次盾构隧道施工监测主要包括：建筑物沉降与倾斜、地表沉降和隆起[2]。各个测量参数的布置参见表1。

表1 监控量测汇总表

在监测过程中根据实际情况适当改变观测频率。在建筑物沉降与倾斜这一监测项目中，隧道下穿房屋前后20 m范围时频率应调整为3 次/d，隧道近距离穿越前后50 m范围时频率调整为2 次/d，当监测值变化速率大于2 mm/d时，频率调整为2 次/d。在特殊天气情况下的监测频率适当进行调整达到加强监测的目的。对降水影响较大的施工场地影响范围内的周边环境根据现场情况监测频率调整为2次/d。在监测结果稳定时可适当降低监测频率。

2.2 监测点布置

周边建筑物垂直位移监测和天福大厦立柱位移监测的监测点布置如图1。盾构掘进穿越天福大厦时的地表沉降监测点布置如图2。为监测工程施工对周边建筑物的影响程度，拟在场地周边建筑物上共布置36个垂直位移监测点，编号F1～F36；在施工开始前，对场地周边的建(构)筑物进行现场观察并拍照进行描述，对周边的建(构)筑物上已有的裂缝设点并编号。施工期间加强对场地周边建(构)筑物的巡视，如果有新裂缝产生，及时设置测点，以观测裂缝的发展变化趋势；布点时尽可能利用建(构)筑物上原有的测量标志，如果没有测量标志采用在离墙角50cm处的墙面钻孔，埋入弯成“L”型的φ14圆钢筋，用混凝土浇筑固定；或用射钉枪直接打入钢钉于相应部位；为了解工程施工对天福大厦地下车库的影响程度，拟在地下车库内选择14根立柱布设垂直位移监测点，以测定立柱间差异沉降，编号L1～L14；为了测定纵、横沉降槽曲线及最大沉降坡度、最小曲率半径和沉降速率等，施工中按量测反馈资料，合理调整盾构正面压力、出土量、压浆时间和压力、推进速度等施工参数，以达到控制沉降的最优效果。

图1 周边建筑监测点和立柱垂直位移监测点布置

图2 天福大厦附近地表沉降监测点布置

3 盾构开挖监测数据分析

3.1 天福大厦监测数据分析

3.1.1 天福大厦垂直位移

图3为盾构下穿天福大厦周边监测点沉降曲线，从图中可看出，盾构掘进天福大厦各监测点沉降不明显，邻近线路的监测点沉降量略微较远离线路监测点沉降值大，盾构施工引起的差异沉降很小，经过9个月的长期监测盾构施工引起各监测点表现为整体均匀下沉，累积沉降值均在9 mm内，且趋于稳定。

图3 盾构掘进时天福大厦周边监测点沉降曲线

3.1.2 天福大厦地下室立柱垂直位移

图4为盾构下穿天福大厦地下室立柱垂直位移曲线图，可见第一次盾构下穿施工对立柱垂直位移影响不大，2013年10月3日随着盾构第二次下穿天福大厦各监测点位置值突然增大，之后基本处于稳定状态。经长期观测，盾构通过后地下室立柱各沉降点竖直位移基本处于稳定状态，且盾构引起的累积沉降值较小，各监测点累积最大沉降均小于7 mm，最大差异沉降小于5 mm。

图4 盾构下穿天福大厦地下室立柱垂直位移曲线

可见，盾构下穿天福大厦时，天福大厦的实际变形值远远小于建筑物变形控制值，大厦处于安全状态。这与数值模拟分析的结果相吻合。

3.2 对其他周边建筑监测数据分析

图5～图7分别为盾构下穿天福大厦引起上海知音住宅楼(7层)、上海知音住宅楼(10层)、上海知音租售中心的沉降曲线。从图5可发现，盾构掘进穿越天福大厦时引起上海知音住宅楼(7层)各监测点的竖向位移值在0坐标附近小幅上下波动，沉降不明显，盾构穿越后各监测点均匀下沉，并最终趋于稳定，最终沉降值在-5.48～-1.42 mm之间。

与上海知音住宅楼(7层)类似，如图6所示，盾构掘进穿越天福大厦时，上海知音住宅楼(10层)各监测点的竖向位移值在1.0坐标附近小幅上下波动，沉降不明显，盾构穿越后各监测点均匀下沉，并最终趋于稳定，最终沉降值在-4.90～-2.90 mm之间。

图5 上海知音住宅楼(7层)沉降曲线

图6 上海知音住宅楼(10层)沉降曲线

图7 上海知音租售中心沉降曲线

图7是盾构施工引起上海知音租售中心的沉降曲线，从图中可看出，盾构第一次下穿时，距离大厦较近的监测点出现较明显沉降，在此期间最大沉降值22 mm左右，较远的监测点竖向位移变化不明显。盾构第二次下穿时，邻近隧道线路的监测点再次发生较明显沉降，如F32、F33、F35及F36，离隧道线路的监测点竖向位移变化不明显，如F29、F30。盾构两次下穿该建筑时均对其产生明显影响，最大位移为-47.34 mm，但下穿后很快达到稳定状态。

3.3 对地表沉降监测数据分析

通过各点监测数据分析发现，隧道横向地表沉降规律性不明显，说明盾构下穿的桩基托换位置地层极为复杂，地层变形影响范围较大。因此，施工中应加强监控量测，并及时反馈给施工。图8为上行线330环到355环盾构下穿天福大厦沿隧道纵向地表沉降图。从图中可看出，盾构两次施工均对地层造成沉降，但影响不大，两次累积沉降不到10 mm。长期监测发现，盾构施工完成后该段地表继续沉降，各监测点沉降值均在20 mm内，小于控制值。

图8 上行线掘进沿隧道纵向地表沉降曲线

4 结论

(1)通过施工期间监控量测发现盾构施工引起天福大厦各监测点整体均匀下沉；通过施工后长期监控观测，天福大厦各监测点累积沉降值均在9 mm内，且基本稳定。天福大厦的实际变形值远远小于建筑物变形控制值，大厦处于安全状态。

(2)盾构施工对上海知音两栋住宅楼的影响较小，通过监测数据分析，盾构施工期间建筑物监测点最大沉降量均不足1 cm，且迅速达到稳定状态。盾构两次下穿上海知音租售中心时引起该建筑的沉降较大，最大值-47.34 mm，接近控制值50 mm，但随着施工向前推进，盾构机远离该建筑，变形迅速达到稳定状态，建筑的结构安全未受明显影响。

(3)盾构下穿天福大厦期间，地表沉降未出现异常，沉降值远小于控制值。经过长期观测，隧道地表在逐渐下沉，但地表累积沉降量仍然远小于控制值。

综上，盾构下穿天福大厦施工未影响天福大厦本身及周边建筑的结构安全与正常使用，累积地表沉降量远小于控制值，优质地完成了本段盾构施工。

[1] 庞旭卿. 监控量测在地铁区间隧道盾构施工中应用[J]. 低温建筑技术,2011,(9):107-108

[2] 张金菊. 盾构隧道引起土体变形分析研究[D].浙江大学,2006

[3] JGJ8-2007建筑变形测量规范[S]

[4] DG/TJ08-2001-2006基坑工程施工监测规程[S]