【導(dǎo)讀】①盾構(gòu)工法發(fā)展概況。①簡述盾構(gòu)下穿建筑物的安全風(fēng)險。①分析盾構(gòu)施工引起建筑物沉降的主要影響因素。②闡述控制建筑物沉降的方法及其適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)。③工程實例分析與研究。論文篇幅完全符合學(xué)。校規(guī)定，內(nèi)容完整，層次結(jié)構(gòu)安排科學(xué)，主要觀點(diǎn)突出，邏輯關(guān)系清楚，有一定個人見解。文的全部工作，同意其進(jìn)行畢業(yè)答辯。盾構(gòu)法施工已成為我國城市地鐵、隧道施工中一種重要的施工方法。這是盾構(gòu)隧道設(shè)計與。雖然圍繞這一問題已做了不少的研究工作，但由。出盾構(gòu)法施工引起的地表沉降規(guī)律。同時也總結(jié)了一些現(xiàn)場監(jiān)測的作用和

　　

【正文】 沉降要求非常敏感的區(qū)段 , 對沉降控制要求很高。因此 , 盾構(gòu)掘進(jìn)施工前掌握不同地層的沉降規(guī)律 , 制定完善的施工控制措施 , 確保穿越區(qū)域地面沉降不超過控制標(biāo)準(zhǔn) , 顯得非常重要。盾構(gòu)施工沉降實質(zhì)上是隧道施工引起的地層位移問題。擾動的影響范圍和程度取決于很多因素 , 包括盾構(gòu)型式、地層性質(zhì)、地下水位、隧道上部荷載、施工參數(shù) (如 土倉壓力、刀盤扭矩、推力、出土量、注漿量、注漿壓力、盾尾間隙等 )、施工管理以及其他施工中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 條件 , 其機(jī)理非常復(fù)雜。 國內(nèi)外許多專家學(xué)者對隧道施工引起的地基變位問題進(jìn)行了深入的研究。Peck 在分析大量地表沉降觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上 ,提出了地表沉降槽符合正態(tài)分布曲線的概念 ,如圖 51 所示。他認(rèn)為地層變形由地層損失引起 ,施工引起的地面沉降是在不排水的條件下發(fā)生的 ,從而假定地表沉降槽體積等于地層損失體積。于是，他 結(jié)合采礦引起地面位移的估算方法，提出了隧道施工沉降槽的形狀近似與概率論中正態(tài)分布曲線，（如圖 38）。 圖 38隧道施工地面沉降曲線 1981 年，英國 Durham 大學(xué)教授 Attewell 也假定沉降槽的曲線形式為正態(tài)分布曲線，他提出了下列的公式： 2 niZKRR??? ???? （ 34） 式中： K：為常數(shù)，粘土取 1；砂土取 n：常數(shù)，粘土 1；砂土取 中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 Z ：隧道中心埋深 R ：隧道半徑 Smax:地面最大沉降量 1982 年， O’ReillyNew 氏對英國粘土地層的 11 處 19 例及回填土地層的 6 處 16 例工程實測數(shù)據(jù)加以回歸分析，提出了沉降槽的寬度和隧道埋深的關(guān)系式： 在粘性土層中， ??；在砂性土層： ??， 單位為米。 為了實際使用的方便，將上面兩個槽寬 i 簡化為： i K Z?? （ 56） 其中 K 為常數(shù)，粘土取 ；砂土取 室內(nèi)模擬實驗是指在實驗室內(nèi)針對某一工程具體條件，依照相似理論建立模型，進(jìn)行模擬分析，然后得出地層運(yùn)動規(guī)律的研究方法。 中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 4．盾構(gòu)下穿建筑物規(guī)律與控制 下穿建筑物沉降 問題的 認(rèn)識與風(fēng)險 盾構(gòu) 下穿建筑物沉降 問題的 認(rèn)識 由于城市地下軌道交通的建設(shè)多處于市區(qū)的繁華地段，周圍密集的建筑物群和分布復(fù)雜的地下管線，且不乏具有一定歷史價值 的風(fēng)貌建筑物，這些都增添了施工的難度 .盾構(gòu)法以高效的施工效率 、 靈活的地層適應(yīng)性和對周圍地層及其鄰近的既有建筑影響小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在城市地鐵工程中 .采用盾構(gòu)法施工，不但要對盾構(gòu)隧道施工本身的安全加以考慮，而且更應(yīng)對盾構(gòu)推進(jìn)過程中周圍環(huán)境的影響加以考慮 . 由于盾構(gòu)施工中地層的開挖不可避免地對土體產(chǎn)生擾動并使得隧道周圍地表發(fā)生位移和變形，當(dāng)位移和變形超過某一極值時，必將危及周圍地面上的既有建筑 、 道路設(shè)施和地下管線等的安全使用 . 因此，加強(qiáng)對城市軌道交通工程盾構(gòu)過程中地表沉降問題的研究，準(zhǔn)確預(yù)見盾構(gòu)施工中可能發(fā) 生的地面上鄰近既有建筑物的沉降和變形，確保鄰近既有建筑物 、 構(gòu)筑物的安全性和正常使用性，以及軌道工程自身的安全和順利施工都具有十分重要的意義 . 地表移動與變形對周圍建筑物的影響 在隧道施工的過程中，地層應(yīng)力狀態(tài)隨之改變，相應(yīng)地，地表和地層將會發(fā)生移動和變形。通常情況下，隧道施工所產(chǎn)生的是快速變形，即在較短時間內(nèi)引起較大位移，這將對周邊建筑物造成更大的危害。 直接開挖損害和間接開挖損害是隧道周邊構(gòu)筑物損害的兩種方式。直接開挖損害是指在離隧道開挖較近范圍內(nèi)對象所受的損害。另外，在離開挖范 圍較遠(yuǎn)的地方，也有開挖影響的存在，例如開挖周邊大范圍地下水變化產(chǎn)生的影響，這種影響稱為間接開挖損害。通常情況下，有以下幾種形式的開挖損害 : 中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 ① 地表沉降損害 當(dāng)?shù)乇砭鶆虺两禃r，周邊構(gòu)筑物整體也會產(chǎn)生均勻下沉。一般情況下，較小的均勻下沉不會對構(gòu)筑物的正常使用帶來大的影響，但當(dāng)沉降量較大時，而構(gòu)筑物所處環(huán)境的地下水位又淺時，會對建筑物的正常使用產(chǎn)生影響，另外，如果建筑物地基長時間被水浸泡，其強(qiáng)度會降低，這對建筑物的長期使用是不利的。 ② 地表傾斜損害 地層均勻沉降不會對地面構(gòu)筑物造成嚴(yán)重的危害，但 不均勻沉降會對構(gòu)筑物產(chǎn)生較大影響，這是因為不均勻沉降導(dǎo)致地面原始坡度發(fā)生改變，這對于底面積小而層高較高的建筑物來說，可能會引起其重心偏移，從而導(dǎo)致附加應(yīng)力重分布，建筑物將受到不均勻的載荷，以致其結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生改變，直到引起破壞。地層的非均勻沉降，對于民用建筑，如普通居民樓來說，會嚴(yán)重影響其使用。對于施工周邊有鐵路等設(shè)施的地段，地層傾斜會使鐵路的坡度以及其整個排水系統(tǒng)發(fā)生傾斜變化，這樣可能導(dǎo)致污水倒灌，鐵路的運(yùn)營將會受到嚴(yán)重影響。 ③ 地表曲率損害 曲率的存在將使地表變成曲面 ,在通常情況下，將地表相對下 凹稱為負(fù)曲率，地表相對上凸稱為正曲率。建筑物在負(fù)曲率的影響下，其中間部分凸起，墻體將產(chǎn)生正八字和水平裂縫。如果建筑物過長，在重力的作用下，建筑物中央的底部可能發(fā)生斷裂，以致于其被破壞。相反，建筑物在正曲率的作用下，其兩端部位懸空，墻體產(chǎn)生倒八字裂縫，如果正曲率現(xiàn)象嚴(yán)重，建筑物屋架或者梁的端部將發(fā)生從墻體抽出的現(xiàn)在，從而造成建筑物倒塌。 ④ 地表水平變形損害 拉伸和壓縮是地表水平變形的兩種形式，這兩種形式的變形對構(gòu)筑物的影響很大，特別是拉伸變形，這是因為建筑物的抗拉能力遠(yuǎn)小于其抗壓中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 能力 。當(dāng)?shù)乇戆l(fā)生壓縮變形時，墻體會產(chǎn)生水平裂縫，嚴(yán)重時縱墻會發(fā)生褶曲，屋頂會鼓起。 地面構(gòu)筑物受地表拉伸變形的影響很大，當(dāng)構(gòu)筑物所處地表屬于拉伸區(qū)時，地基的外向水平推力作用于基礎(chǔ)側(cè)面，外向摩擦力作用于基礎(chǔ)底面，并且大多數(shù)建筑物抗拉伸強(qiáng)度弱，較小的拉伸變形就能導(dǎo)致建筑物開裂甚至破壞。 構(gòu)筑物也會受地面壓縮變形的影響，同拉伸變形一樣，其影響也是通過其基礎(chǔ)底面摩擦力和側(cè)面推力來施加的，只是作用力的方向和拉伸時剛好相反。一般情況下，構(gòu)筑物有抵抗較大壓縮變形的能力，也就是說壓縮構(gòu)筑物對拉伸作用的敏感程 度比壓縮作用高。不過，要是由于壓縮作用產(chǎn)生了較大的變形，它造成的破壞程度可能比拉伸帶來的破壞程度更大，并且有壓縮帶來的破壞主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)薄弱的地方。地表的水平變形對地下管道的影響也很大。當(dāng)?shù)叵鹿艿朗艿嚼熳饔脮r，可能是管道接頭出現(xiàn)裂縫，發(fā)生漏氣漏水的現(xiàn)象，嚴(yán)重時造成接頭被拉開當(dāng)?shù)叵鹿艿朗艿綁嚎s作用時，管道可能發(fā)生接頭被壓入的情況，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致接頭被壓壞，以至于管道出現(xiàn)裂縫。 地表植被也可能受到地表變形和移動的影響。當(dāng)施工導(dǎo)致地下水位下降時，植被生長所需供水就會受到影響植被的根部也可能受到地層內(nèi) 部裂縫的影響而損害，從而發(fā)生病蟲災(zāi)害等。 以上對隧道開挖對地表損害的幾種形式進(jìn)行了分析。但是在實際工程中，隧道周圍建筑物受到不可能只是一種形式的破壞，而通常是多種變形共同作用的結(jié)果。 地表沉降控制基準(zhǔn)分析 在隧道施工過程中，一般采用兩種方法來評價其對周邊構(gòu)筑物的影響。第一種是直接法，即根據(jù)地表及構(gòu)筑物的變形值及其允許變形值來判中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 斷構(gòu)筑物是否安全，如果不安全，則需要采取有效的措施來控制變形，以保證構(gòu)筑物能夠正常使用。第二種方法是事先根據(jù)構(gòu)筑物的正常使用要求來確定地表允許變形值，再確 定施工方法，指導(dǎo)施工。在實際工程中，是通過確定地表沉降值來指導(dǎo)施工的。 (1)按地面環(huán)境要求分析地表下沉控制標(biāo)準(zhǔn)層 在進(jìn)行地下工程施工時，應(yīng)該要求地面交通不受太大影響，能夠確保其正常使用。同時，地下管線及地面構(gòu)筑物也要能安全使用。通常情況下，在進(jìn)行地面施工時，地表是均勻沉降的，這樣對地面交通不會造成太大影響，因此可以不考慮對地面交通的影響。 (2)按地層與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求分析地表下沉控制標(biāo)準(zhǔn) 一般情況下，地表下沉量受到施工規(guī)模、結(jié)構(gòu)尺寸、構(gòu)筑物埋藏深度和施 工方法等因素的影響，在控制地表下沉量時，通常是根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件建立試驗?zāi)Ｐ?，通過數(shù)值模擬來分析和指導(dǎo)設(shè)計與施工。 所有的地面和地下構(gòu)筑物都有其特有的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和安全系數(shù)，即有抵抗地層變形的能力。當(dāng)構(gòu)筑物在施工影響下發(fā)生的變形值在其允許范圍內(nèi)時，觀測不到其受到的損害。不同類型的構(gòu)筑物，由于它們的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的不同，其抵抗變形的能力也不同。通常情況下，根據(jù)構(gòu)筑物受到損害后所帶來后果的嚴(yán)重程度來確定其所需安全等級。 市區(qū)進(jìn)行地下淺埋工程建設(shè)時，設(shè)計施工承包的單位，通常要在投標(biāo)文件中提出控制地表 下沉的標(biāo)準(zhǔn)。由于地質(zhì)條件、工程情況的復(fù)雜特殊性，尤其是施工細(xì)節(jié)中的偶然性因素，在實際的工程施工中必須對每個具體的工程確立一個控制地表下沉的基準(zhǔn)值來作為施工監(jiān)測指標(biāo)，以此來保障地下管線的使用與地面上建筑物的安全，還要確保地下工程圍巖和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 地表沉降給城市環(huán)境帶來了諸多危害，比如地下埋設(shè)管線的變形、斷裂而導(dǎo)致不能正常使用及地面建筑的過度傾斜。一般采用的地面沉降控制中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 值既考慮了環(huán)境要求，也參考了現(xiàn)有的建設(shè)規(guī)范和之前的工程實例。考慮到地下埋設(shè)管線的線路穿越的地層差異和地面建筑結(jié)構(gòu)不同，如果采用統(tǒng)一 的控制基準(zhǔn)值，會造成有的地段過于謹(jǐn)慎，造成了不必要的浪費(fèi)，有的地段又發(fā)生災(zāi)害性沉降，鑒于此情況，有必要深入分析控制基準(zhǔn)，使控制基準(zhǔn)盡可能地達(dá)到工程實際中各類建筑和地下埋設(shè)管線的需求，這樣既保證了建筑成本相對經(jīng)濟(jì)，又保證了地下管線及建筑物的使用和安全。 盾構(gòu)下穿建筑物沉降導(dǎo)致的風(fēng)險 盾構(gòu)隧道的施工技術(shù)在世界許多國家不斷得到發(fā)展 , 但在推廣與應(yīng)用上出現(xiàn)了一些施工技術(shù)方面的事故。由于這些事故的發(fā)生 , 影響整個工程的工期 , 還造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失和不必要的人員傷亡 （ 1） 20xx 年 7 月 1 日 , 正在 施工中的軌道交通 4 號線 , ( 浦東南路至南浦大橋 ) 區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道發(fā)現(xiàn)滲水 , 隨后出現(xiàn)大量流沙涌入 , 引起地面大幅沉降。一幢八層樓房發(fā)生傾斜 , 其群房部分倒塌。樓板開裂達(dá) 7~ 8 cm。 （ 2）地鐵 4 號線施工卡殼 , 北京西四新華書店沉降。 （ 3） 20xx 年 , 深圳地鐵一期工程四號線采用土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)時 , 由于結(jié)餅而不得不停機(jī)開艙處理。由此引發(fā)了地面塌陷以及鄰近建筑物的輕微沉降等問題 , 對工程產(chǎn)成了重大影響。 （ 4） 20xx 年 7 月 1 日 , 正在施工中的軌道交通 4 號線 , ( 浦東南路至南浦 大橋 ) 區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道發(fā)現(xiàn)滲水 , 隨后出現(xiàn)大量流沙涌入 , 引起地面大幅沉降。一幢八層樓房發(fā)生傾斜 , 其群房部分倒塌。樓板開裂達(dá) 7~ 8 cm。 （ 5） 20xx 年 5 月 30 日 , 臺灣高雄市捷運(yùn)線大勇路興大路口的車站工地路面出現(xiàn)地層下陷、房屋龜裂狀況。高雄捷運(yùn)盾構(gòu)機(jī)于穿越連續(xù)墻欲達(dá)中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 工作井時 , 發(fā)生連續(xù)墻大量涌水、涌砂現(xiàn)象 , 造成路面塌陷最深達(dá)約 5 m 直徑約 10 m 坑洞 , 坑洞旁數(shù)十戶建筑物遭受程度不同的陷落危害。 （ 6） 20xx 年 9 月 21 日 , 因工地一條下水道發(fā)生破裂 , 位于上海松江區(qū)境內(nèi)嘉 松公路東側(cè)的軌道交通 9 號線 ( 申松線 ) 工地在受水浸泡后 , 發(fā)生面積約 700m2 的地面塌陷。正在施工的地鐵基坑里開始出現(xiàn)少量滲水 , 隨后出現(xiàn)大面積管涌 , 基坑旁的水泥地面開始下降 , 長約 50m 的路面發(fā)生大面積垮塌。 （ 7） 20xx 年 3 月 17 日 , 辰野二期工程因施工不當(dāng)以致路基形成空洞 , 路面下沉。前后共 9 起。 由此可見，盾構(gòu)在工作時引起的沉降導(dǎo)致地面及地面建筑破壞，導(dǎo)致人員傷亡，財產(chǎn)損失的事例比比皆是。那么我們應(yīng)該引以為鑒，盡量避免不必要的損失與傷亡。工程事故的發(fā)生會造成經(jīng)濟(jì)損失 , 影響施工進(jìn) 度、施工質(zhì)量 , 并引起人員傷亡。隨著城市交通的蓬勃發(fā)展和盾構(gòu)隧道施工工藝的不斷改進(jìn) , 需要將科學(xué)的安全管理融入到施工過程中去 , 不斷完善和提高盾構(gòu)隧道施工的安全性。 ( 1) 在發(fā)生沉降的地點(diǎn) , 在沉陷范圍派專人值班 , 負(fù)責(zé)人員、交通、建筑物的安全 。 ( 2) 盾構(gòu)關(guān)閉進(jìn)土閥門 , 建立土壓 , 所設(shè)的土壓比所處位置的水土壓力高 0. 2kg/cm2 , 盾構(gòu)停止掘進(jìn) , 用盾構(gòu)上的超前注漿設(shè)備和注漿孔向地層注漿加固。不停地向管片背后注漿 , 并調(diào)整漿液配合比 , 使其具有足夠的強(qiáng)度和快速凝結(jié) 。 ( 3) 在沉陷范圍內(nèi)采用鉆機(jī)進(jìn)行地表注漿加固方法 , 增加地基的強(qiáng)中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 32