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摘要：本文以隧道盾构施工为论述对象，以其对地表及建筑物沉降影响为论述手段，通过笔者理论知识的学习与实践经验的应用，就此展开专业分析
关键词：隧道工程；盾构施工；地表沉降；建筑物
1.盾构施工对地表及建筑物沉降变形的影响
1.1地表沉降规律
不论是在何种地层中掘进，盾构施工对地表及建筑物的沉降变形影响大致可经过下述5个阶段：
⑴超前沉降。地层中孔隙水压力因地下水位降低而减小，而围岩有效应力不断增加，在此情况下使地表发生沉降；
⑵到达沉降。盾构到达后会赋予围岩一定的径向压力，当该压力小于地层附加应力时，地表便会发生沉降，反之则隆起；
⑶通过沉降。在盾构扰动作用下，围岩土体因与盾构机间的剪切错动而使地表沉降；
⑷盾后沉降。盾尾过后如若对管片与围岩缝隙间未及时注浆，围岩土体因失去支撑而发生压缩沉降；
⑸后续沉降。盾构完成后，在地层扰动与孔隙水下降等因素的影响下，地表因隧道结构变形而发生沉降。
图1盾构施工地表沉降规律示意图
1.2地表沉降原因
隧道盾构掘进所造成的土体扰动与地层破坏为引起地表沉降的主要因素，此外还包括盾构后退、推进方向改变、土体固结与次固结沉降、掘进面土体移动以及盾构空隙等。当盾构外围附有一层黏土时，将会使盾构过后管片与围岩间空隙增大，如果此时压浆不及时或压浆量不足，便会引发较大程度的地层损失；受管片刚度的影响，在地层压力的作用下，地表会因管片变形而发生沉降。
2.盾构施工影响地表及建筑物沉降变形的因素
2.1施工工艺
隧道盾构工艺不同，对地层的扰动机理与沉降影响不同，进而作用于邻近建筑物的破坏程度不同；实际上，即使为同一种盾构工艺，在其他因素影响下对地表及建筑物的沉降变形也不相同。以作业面是否封闭为依据，隧道盾构施工可分为密闭式与敞开式两大类，其中密闭式又分为土压式（常用泥土加压式）与泥水式两种。对于盾构工艺的选择（即为盾构机的选择），具体应以地质情况为依据合理确定，但原则上必须保证作业面稳定、安全。通常情况下，在软土地层中，由于泥水式盾构工艺容易控制泥水压力，在掘进过程中土压平衡效果更好，因此相比于土压式盾构，其对地层损失影响更小，有利于地表沉降控制。对于敞开式盾构工艺，一般则是在围岩自稳能力较好的情况下使用。
2.2地层条件
在不同地层中，由于在力学性能与透水性方面存在较大差异，因此在盾构掘进时造成的土体扰动与失水固结程度不同，从而表现为地表及建筑物沉降变形不同。在软岩、砂土（中密以上）以及黏土（可塑与硬塑）等地质条件较好的地层中，掘进断面收敛和地表沉降的分布与大小相对易于控制；而在软土等地质条件较差的地层中，掘进断面因地下水位高、土体强度低而使自稳能力表现较差，一般需借助于其他辅助措施才可控制住断面收敛与地表沉降。
2.3覆土厚度
覆土厚度（即隧道埋深）为隧道设计的一项关键性技术指标，具体确定时应综合考虑地质条件、围岩自稳能力以及隧道运营功能与使用条件等因素。一般而言，隧道盾构过程中地表最大沉降量与其埋深的关系呈现为非线性，隧道埋深越小，地表沉降越大，反之则越小。故此，适当增加隧道埋深，有利于地表沉降控制与邻近建筑物保护。
2.4地下水作用
在地下水较高地段，一般会于盾构前进行降水作业，致使盾构过程中土体因失水固结而产生沉降；此外，掘进过程中如遇地下水影响，实施降水操作后会使地下水因压力差的形成而不断渗出，使地层因失水而使孔隙及节理裂隙发生固结收缩，从而引发地表沉降变形。
2.5结构断面
盾构过程中，隧道断面形式与大小对地表及建筑物沉降变形影响显著，通常情况下，掘进跨度越大、作业时间越长，土体所受扰动就越明显，地表及建筑物沉降变形便越大。
3.降低盾构施工对地表及建筑物沉降变形的措施
3.1隔离法
当隧道盾构施工存有邻近建筑物时，可于建筑物与隧道之间设置一定的隔断墙，以此抑制盾构过程对土体的扰动，从而对建筑物形成保护，避免其因地表沉降（以不均匀沉降危害最大）而发生倾斜、开裂甚至坍塌等危害。隔断法实施的前提是必须保证隧道与建筑物基础之间拥有足够的空间，具体可采用树根桩、高压旋喷桩以及钻孔灌注桩构成隔断墙墙体，其作用主要是承担因盾构掘进所引起的侧向土压力与土体因沉降所产生的负摩阻力，最终使建筑物靠近盾构一侧的地基土沉降变形得到控制，从而达到保护邻近建筑物的目的。需要注意的是，一般情况下需在隔断墙顶部设置一定的联系梁并以地锚支承，以此防止其发生侧向位移。
3.2土体加固
土体加固分为建筑地基加固与隧道围岩加固两种形式，其中前者以提升地基承载力为目的，通过加固技术控制建筑物沉降变形；后者以增加隧道围岩自稳能力（即提升围岩强度与刚度）为目的，通过盾构掘进对周围土体扰动现象的抑制，以此减小地表沉降，保护邻近建筑物。不论是建筑地基加固还是隧道围岩加固，均以喷射搅拌法与化学注浆法最为常用，其中在地表具备作业条件时，两种方法均可使用，在地表因场地限制不便或无法作业时，则可采用化学注浆法从洞内进行注浆加固。以上海市某下水道工程中主干线施工为例，其采用外径为4.43m的盾构机以土压式工艺进行盾构掘进，在通过邻近桥梁时，为减小地层扰动对桥梁桩基的影响，采用洞内注浆法进行加固，最终将结构沉降量控制在10mm以内，满足了实际需求，综合效果表现良好。
3.3建筑物自身措施
⑴邻近建筑物的现状评估和安全性评价，由此可确定出邻近建筑物的沉降和变形控制标准以及建筑物所能承受的极限变形值。
⑵进行施工附加影响分析和评价，由此可确定出合理的施工方案。
⑶考虑大隧道开挖对地层影响的时空效应，依据地层和结构的变位分配原理，初步拟定相应施工方案下邻近建筑物变形及稳定性控制方案并实施。
⑷监测及反馈。基于信息化施工的原理，通过监测结构与既定控制方案的对比，可及时对施工方案和控制标准进行调整，以及在必要时对地层和结构进行加固，以达到预期的目标。
⑸待施工完成后应对邻近建筑物的损坏状况进行检测和评估，并据此制定恢复方案和具体措施，包括恢复的必要性、恢复程度以及工后沉降和变形的预测等。
结语
实际上，隧道盾构施工对地表及建筑物的影响主要以地层损失、原始应力改变、衬砌结构变形以及土体固（次）结作用为表现，而各因素间呈相互影响、相互作用的关系，并不是孤立状态，因此在对地表及建筑物进行加固处理时应综合分析，合理采取措施。
参考文献：
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