【導(dǎo)讀】①盾構(gòu)工法發(fā)展概況。①簡(jiǎn)述盾構(gòu)下穿建筑物的安全風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)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(gè)人見(jiàn)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(guó)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(jì)與。雖然圍繞這一問(wèn)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(shí)也總結(jié)了一些現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的作用和

　　

【正文】 沉降要求非常敏感的區(qū)段 , 對(duì)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(guò)控制標(biāo)準(zhǔn) , 顯得非常重要。盾構(gòu)施工沉降實(shí)質(zhì)上是隧道施工引起的地層位移問(wèn)題。擾動(dòng)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(cāng)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(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 條件 , 其機(jī)理非常復(fù)雜。 國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者對(duì)隧道施工引起的地基變位問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。Peck 在分析大量地表沉降觀測(cè)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(guó) 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(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(duì)英國(guó)粘土地層的 11 處 19 例及回填土地層的 6 處 16 例工程實(shí)測(cè)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(shí)際使用的方便，將上面兩個(gè)槽寬 i 簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)是指在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)針對(duì)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(dòng)規(guī)律的研究方法。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(wèn)題的 認(rèn)識(shí)與風(fēng)險(xiǎn) 盾構(gòu) 下穿建筑物沉降 問(wèn)題的 認(rèn)識(shí) 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(jià)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(duì)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(duì)盾構(gòu)隧道施工本身的安全加以考慮，而且更應(yīng)對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)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(kāi)挖不可避免地對(duì)土體產(chǎn)生擾動(dòng)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(guò)某一極值時(shí)，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(duì)城市軌道交通工程盾構(gòu)過(guò)程中地表沉降問(wèn)題的研究，準(zhǔn)確預(yù)見(jiàn)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(dòng)與變形對(duì)周圍建筑物的影響 在隧道施工的過(guò)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(huì)發(fā)生移動(dòng)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(shí)間內(nèi)引起較大位移，這將對(duì)周邊建筑物造成更大的危害。 直接開(kāi)挖損害和間接開(kāi)挖損害是隧道周邊構(gòu)筑物損害的兩種方式。直接開(kāi)挖損害是指在離隧道開(kāi)挖較近范圍內(nèi)對(duì)象所受的損害。另外，在離開(kāi)挖范 圍較遠(yuǎn)的地方，也有開(kāi)挖影響的存在，例如開(kāi)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(kāi)挖損害。通常情況下，有以下幾種形式的開(kāi)挖損害 : 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 ① 地表沉降損害 當(dāng)?shù)乇砭鶆虺两禃r(shí)，周邊構(gòu)筑物整體也會(huì)產(chǎn)生均勻下沉。一般情況下，較小的均勻下沉不會(huì)對(duì)構(gòu)筑物的正常使用帶來(lái)大的影響，但當(dāng)沉降量較大時(shí)，而構(gòu)筑物所處環(huán)境的地下水位又淺時(shí)，會(huì)對(duì)建筑物的正常使用產(chǎn)生影響，另外，如果建筑物地基長(zhǎng)時(shí)間被水浸泡，其強(qiáng)度會(huì)降低，這對(duì)建筑物的長(zhǎng)期使用是不利的。 ② 地表傾斜損害 地層均勻沉降不會(huì)對(duì)地面構(gòu)筑物造成嚴(yán)重的危害，但 不均勻沉降會(huì)對(duì)構(gòu)筑物產(chǎn)生較大影響，這是因?yàn)椴痪鶆虺两祵?dǎo)致地面原始坡度發(fā)生改變，這對(duì)于底面積小而層高較高的建筑物來(lái)說(shuō)，可能會(huì)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(duì)于民用建筑，如普通居民樓來(lái)說(shuō)，會(huì)嚴(yán)重影響其使用。對(duì)于施工周邊有鐵路等設(shè)施的地段，地層傾斜會(huì)使鐵路的坡度以及其整個(gè)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(yíng)將會(huì)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(duì)下 凹稱為負(fù)曲率，地表相對(duì)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(guò)長(zhǎng)，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(duì)構(gòu)筑物的影響很大，特別是拉伸變形，這是因?yàn)榻ㄖ锏目估芰h(yuǎn)小于其抗壓中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 能力 。當(dāng)?shù)乇戆l(fā)生壓縮變形時(shí)，墻體會(huì)產(chǎn)生水平裂縫，嚴(yán)重時(shí)縱墻會(huì)發(fā)生褶曲，屋頂會(huì)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(shí)，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(kāi)裂甚至破壞。 構(gòu)筑物也會(huì)受地面壓縮變形的影響，同拉伸變形一樣，其影響也是通過(guò)其基礎(chǔ)底面摩擦力和側(cè)面推力來(lái)施加的，只是作用力的方向和拉伸時(shí)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(shuō)壓縮構(gòu)筑物對(duì)拉伸作用的敏感程 度比壓縮作用高。不過(guò)，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(lái)的破壞程度更大，并且有壓縮帶來(lái)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(duì)地下管道的影響也很大。當(dāng)?shù)叵鹿艿朗艿嚼熳饔脮r(shí)，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(shí)造成接頭被拉開(kāi)當(dāng)?shù)叵鹿艿朗艿綁嚎s作用時(shí)，管道可能發(fā)生接頭被壓入的情況，嚴(yán)重時(shí)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(dòng)的影響。當(dāng)施工導(dǎo)致地下水位下降時(shí)，植被生長(zhǎng)所需供水就會(huì)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(chóng)災(zāi)害等。 以上對(duì)隧道開(kāi)挖對(duì)地表?yè)p害的幾種形式進(jìn)行了分析。但是在實(shí)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(guò)程中，一般采用兩種方法來(lái)評(píng)價(jià)其對(duì)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(lái)判中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(lái)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(lái)確定地表允許變形值，再確 定施工方法，指導(dǎo)施工。在實(shí)際工程中，是通過(guò)確定地表沉降值來(lái)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(shí)，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(shí)，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(shí)，地表是均勻沉降的，這樣對(duì)地面交通不會(huì)造成太大影響，因此可以不考慮對(duì)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(shí)，通常是根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過(guò)數(shù)值模擬來(lái)分析和指導(dǎo)設(shè)計(jì)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(shí)，觀測(cè)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(lái)后果的嚴(yán)重程度來(lái)確定其所需安全等級(jí)。 市區(qū)進(jìn)行地下淺埋工程建設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)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(shí)際的工程施工中必須對(duì)每個(gè)具體的工程確立一個(gè)控制地表下沉的基準(zhǔn)值來(lái)作為施工監(jiān)測(cè)指標(biāo)，以此來(lái)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(lái)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(guò)度傾斜。一般采用的地面沉降控制中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)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(huì)造成有的地段過(guò)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(shí)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(duì)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(xiǎn) 盾構(gòu)隧道的施工技術(shù)在世界許多國(guó)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(gè)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(hào)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(kāi)裂達(dá) 7~ 8 cm。 （ 2）地鐵 4 號(hào)線施工卡殼 , 北京西四新華書(shū)店沉降。 （ 3） 20xx 年 , 深圳地鐵一期工程四號(hào)線采用土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí) , 由于結(jié)餅而不得不停機(jī)開(kāi)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(wèn)題 , 對(duì)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(hào)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(kāi)裂達(dá) 7~ 8 cm。 （ 5） 20xx 年 5 月 30 日 , 臺(tái)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(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 工作井時(shí) , 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(hào)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(kāi)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(kāi)始下降 , 長(zhǎng)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(jiàn)，盾構(gòu)在工作時(shí)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(cái)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(huì)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(guò)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(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32