刘延生

摘要：伴随着城市化进程的快速发展，城市中的高层建筑以及高架桥梁等不断涌现，而这些建筑项目大部分采用的是桩基础形式。同时加之地下空间以及选路选线等因素的影响，使得在进行隧道开挖的过程中经常需要从既有桩基的周围穿越，而盾构隧道在开挖的时候，会导致地层移动作用于桩身上，进而影响到桩基的承载性能以及上部结构的稳定性。因此探讨盾构隧道开挖时对临近桩基的施工影响以及保护措施极为必要。

关键词：盾构隧道；近距离穿越；高架桩基；施工影响；保护措施

一、盾构机的种类及盾构施工基本原理概述

1.盾构机分类

目前，盾构机种类繁多，一般可根据平衡开挖面前方水土压力方法的不同将其大致分为土压平衡式、泥水加压式、压缩空气平衡式、机械支撑稳定式、敞口开胸式以及混合式等几种类型。到目前为止，从盾构机使用数量及使用范围来说，土压平衡式和泥水加压式盾构机较为常见。其中泥水加压式盾构机主要由盾构机壳、开挖部分、推进部分、送排泥浆部分、拼装机构和其他一些附属装置组成，其常被应用于含水率较高的软弱土质中，土压平衡式盾构机是一种在泥水加压式盾构机的基础上开发的新型盾构机，同样主要由盾构机壳、开挖部分、推进部分、排土部分、拼装部分和一些附属装置组成，但其常被应用于在冲积粘土、砂质土、砂、砂砾、卵石等地质中的施工。另外，泥水加压式盾构机工作效率要明显高于土压平衡式盾构机。

2.盾构法施工的基本原理

①在盾构隧道开挖的起始端和终端分别建立一个工作井；②盾构机的各个部分被安放在工作井内，然后安装就位；③将盾构机放置于工作井后壁前方，依靠千斤顶的推力，将盾构机从起始工作井的墙壁开孔处推出，进入设计轴线；④盾构机在沿着设计轴线推进的同时，不断利用掘进部分的输送设备将开挖掉的土体运送出隧道，利用龙门吊车将土体从工作井运到地面处理，并及时安装衬砌管片；⑤在安装衬砌管片期间，需通过盾构机周围预先设置好的注浆管及时地向衬砌周围空隙注浆，以固定衬砌环位置，补充地层损失和防止地层移动；⑥盾构机完成预定区间工程的施工，进入终端的工作井，之后被拆除或者再继续向前推进。

二、盾构近距离穿越高架桩基的施工影响

1.地层变形与桩基相互作用关系

第一，由于盾构隧道施工参数以及支护设施参数的改变，隧道施工时将不可避免地扰动周围土体，这些原来处于稳定状态的土体的物理力学性质及应力场将发生改变，平衡状态被打破，进而导致其发生变形，从而其自身将对这种改变进行调整，一直到新的应力场平衡状态出现时地层变形才会终止。第二，盾构隧道施工产生的地层变形传递到既有建筑桩基周围，桩周土体的物理力学性质和应力场也会发生变化，进而导致桩侧摩阻力和桩端阻力发生变化，桩基承载力降低，进而使桩基产生一定的沉降。第三，桩基产生沉降之后，沉降必定逐渐传递到上部结构物，而当上部结构的在同一基础中的不同桩基产生不同程度的沉降时，即出现了差异沉降，其将导致上部结构出现较大的附加应力，进而引起局部开裂等工程问题。另外，上部结构刚度对桩基的内力改变也有一定的约束作用，在一定程度上会减小桩基沉降。

2.桩间差异沉降对建筑物安全性的影响

所谓桩间差异沉降，对于单桩基础而言是指相邻两单桩之间的沉降差，而群桩基础的桩间差异沉降则是指桩群内各基桩之间的沉降差。在隧道施工过程中，无论穿越单桩基础，还是群桩基础都应重点控制桩间差异沉降，这样才能有效地保证上部结构的安全使用。桩间差异沉降对上部建筑物产生附加应力的危害时，其中刚性基础比较敏感，一旦总应力超过结构强度的安全储备时，结构将会发生开裂和破损；对柔性基础来说，也会使上部结构发生扭曲或者变位，但程度较小。

三、盾构隧道临近建筑物桩基施工时的对策

1.桩间差异沉降的控制措施

施作钻孔灌注桩和复合错杆桩能够有效减小地表沉降，自身吸收了盾构开挖所产生的大部分变形，缓解了桥梁桩基周围土体的扰动，对既有建筑结构及轨道结构的影响通到了良好的保护作用；同时施作复合锚杆桩对既有结构保护的效果更佳。

2.盾构隧道临近建筑物桩基施工的技术措施

2.1盾构隧道临近建筑物施工的监测

①监测原有建筑物的裂缝宽度、倾斜度和沉降量；②建筑物周围地基土体的监测，包括水土压力、土体变形的监测；③对盾构机施工参数进行监测，包括盾构机施工姿态、土仓压力、出土率、注浆填充率和注浆压力等的监测。必须在盾构机到达前15天完成监测的测点布置工作。监测的频率应视变化值确定，在盾构机头到达前1天和盾尾脱出后3天为监测的重点时段，在该时段内应增大监测频率。另外，监测信息必须及时地反馈给盾构隧道施工单位和工程监理单位。

2.2盾构隧道临近建筑物施工的加固措施

（1）对建筑物实施加固措施

对建筑物本体进行加固，可以通过加筋、加固墙、设置支撑等来直接对建筑物上部结构进行加固，也可通过加固桩，锚杆等对建筑基础进行加固。实际工程中需要根据建筑物的结构和基础特点选用相适应的方法。

（2）对地基实施加固措施

①加固盾构机周围的土体，防止周围土体松弛和扰动，进而控制盾构上部地层的变形；②在建筑物与盾构隧道之间，施工隔离帷幕排桩，隔离因盾构机掘进而引起的地基变形；③加固建筑物的地基，提高地基自身强度和承载力，控制建筑物沉降。①、③措施一般采用注浆加固、搅拌桩、旋喷桩等加固地基土质的方法。而对于②措施，则主要针对盾构机侧穿建筑物的情况。

（3）对盾构施工参数实时控制的措施

盾构隧道施工是一个动态的过程，所以对施工参数要进行实时控制。通常来说，盾构施工参数主要有：①切口泥水压力（[Pt]）。可以根据公式[Pt=kγH/1000]（其中：Pt为切口水压实际设定值，MPa；k为侧向土压力系数 ；γ为土体容重，k N/m3；H为地表至隧道中心埋深，m。）对土压力进行初步设置，实际土压力设定值再根据沉降数据值及土层分布及隧道埋深情况进行微调。②掘进速度：根据施工经验，在穿越区施工过程中，设定盾构掘进速度为1.0cm/min。③盾构姿态：直线段穿越过程中，尽可能使盾构匀速、直线通过，做到勤纠、少纠。推进時多注意观察管片与盾壳的间隙，采用稳坡法推进，以减少盾构施工对桩基及上部结构、地面路面的影响。在曲线段施工，利用盾壳注浆孔，在曲线外侧进行注浆，及时补充超挖引起的地层损失。同时，浆液硬化后可以在曲线外侧给盾构机一个侧压力，使盾构机头部向曲线内侧偏转。④同步注浆。施工中对注浆点进行压力、注浆量双参数控制，保证填充效果。施工过程中确保注浆管通畅，压浆量和压浆压力视地层变形监测数据作相应微调。⑤泥水指标。例如在淤泥质黏土、粉质黏土中，由于这些土层的自造浆能力比砂性土强，故进泥密度可以适当降低。⑥控制隧道上浮措施。为防止隧道上浮，还应适时施工隧道内部结构，如“口”子件、隧道两侧下部牛腿及车道板等，增加隧道自重荷载，从而抑制隧道上浮。

总之，盾构隧道在具体施工过程中，不可避免的会临近建筑物的桩基周边的土体产生一定的扰动作用，进而对桩基的安全性和稳定性等产生不利的影响。针对此类现象，文章提出了控制差异沉降的的措施监测以及加固保护技术措施，期望对类似工程能够提供借鉴和参考。

参考文献：

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