地质条件对盾构施工的影响以及周边历史建筑物的研究

研究盾构（顶管）施工对周边历史建筑物的影响，首先需要研究场地的地质条件对工程的影响。在不同的地质条件下，盾构（顶管）施工对土层的扰动影响是有差异的，如软土地区和硬土地区的盾构（顶管）变形就有很大的区别。盾构施工一般较顶管施工的埋深要深，当盾构施工涉及岩石地层时，引起的变形就相对较小。地下水在地下空间施工过程中的影响显著，潜水和承压水是施工过程中的主要危险源。

1.工程地质条件

由于各地区的地质条件不同，盾构（顶管）施工对周围土体的扰动和沉降量差异明显，所以需针对不同土层性质分别研究盾构（顶管）的影响。

（1）软土地区

由于软土地层含水率高、孔隙比大、压缩性高、强度低、灵敏度高和易触变、流变的特性，地层自稳性能极差。盾构（顶管）在软土层中掘进时作业姿态难以控制，而当掘进姿态不良时容易引起区域内地表较大沉降。

盾构（顶管）推进时，地表会发生不同程度的变形，从而对周边土体造成一定的扰动。在软土地区，由于土质条件较差，掘进施工的扰动影响较大，地表变形的影响范围较大，具体表现为沉降或隆起。当周围有历史建筑物时，由于其基础一般整体性和强度较弱，在盾构（顶管）推进时，很容易造成不均匀沉降。

图3-27　地基位移分布模式图（黏性土地基）

盾构（顶管）施工引起的土体变形，其纵面影响范围在盾构前方约（D+h tan 45°）范围内（D为盾构直径，h为地表至盾构底的深度）。在软性黏土地层中，其纵向影响范围为45°夹角的斜直线。从横向影响范围来看，黏性地层影响范围为隧道轴线两侧（D/4+h tan 45°）范围内。深层土体的纵向变形，基本上与盾构（顶管）前进的方向一致，以水平向前位移为主，说明盾构（顶管）正面土体一般均受到盾构推进的挤压影响呈前移变形。盾构（顶管）通过时前部土体受摩阻力影响仍发生前移运动，而盾尾的空隙又使尾部土体发生后移，详见图3-27。

（2）硬土地区(www.xing528.com)

对于砂土等硬土层，扰动区主要发生在管壁外1 m范围内，并以此向四周扩散。在硬性砂土地层，其纵向影响范围呈鼻形曲线，深层土体的影响范围与黏性土相同，而表层土体的影响范围要小于黏性土。从横向影响范围来看，砂性地层影响范围要小些，约为（D/4+h cot 60°）。深层土体的纵向变形，基本上与盾构（顶管）前进的方向一致，以水平向前位移为主，详见图3-28。

图3-28　地基位移分布模式图（砂性地基）

2.水文地质条件

潜水和承压水是盾构（顶管）施工过程中的主要危险源，盾构顶管施工会引起土层中相应的潜水水位变化和承压水水压变化，隧道周边的土层地下水位变化会引起地层产生位移，当其周边有历史建筑物时，需要严格控制地层变形。

（1）潜水

在潜水层中，上覆水深越大，地表最大沉降和地表沉降影响范围也越大。隧道周围的地下水在动水压力的驱动下向洞内渗入，渗流引起土体的固结沉降。水位升高，孔隙水压力增大，隧道开挖时隧道周边孔隙水压力的改变将引起更大的固结沉降。上覆水深越大，则动水压力越大，隧道开挖引起的渗流扰动范围也越大。

（2）承压水

在软弱地层条件下，一旦遇到地下承压水，将会对隧道洞门安全造成极大的隐患，若处理不当，轻则引起洞门周边地面沉陷，重则造成周边建（构）筑物坍塌，甚至产生工作井及盾构被埋等灾难性的后果。在承压水层中，承压水头越大，孔隙水压力越大，盾构（顶管）掘进时，隧道周边孔隙水压力的改变将引起更大的固结沉降。当周边有历史建筑物时，尤其要控制承压水对工程施工的变形影响。