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盾构施工对周围环境扰动的影响特性及控制措施  摘要：由于各种原因,盾构施工造成严重影响环境的事故仍时有发生。综合 国内外学者为减少乃至杜绝类似事故阐述的观点,并结合上海、南京等地的 地铁施工经验,提出了盾构施工对周围环境的影响、对环境影响的机理以及 盾构施工控制措施等方面的分析和建议。  关键词:盾构施工;环境影响;机理;控制措施;地理信息系统 一．盾构施工对环境的影响 盾构在地层中推进时会对周边土层产生不同程度的搅动,严重的可导致地面 下陷,形成沉陷槽。盾构施工所过之处,可使建筑物倾斜、下沉、坍塌,可使管线 变形乃至断裂等(见图1~图4)。2003年上海地铁4号线南浦大桥至董家渡区间、 2005年高雄地铁澄色线及2007年南京地铁2号线元通站等盾构施工引起的重大事 故,影响巨大,经济损失严重,对环境影响甚大,工期滞后达数年。 图1:典型的沉陷槽 图2 ：房屋严重的倾斜、下沉 图3:典型的漏斗状塌陷 图4:典型的圆形塌陷口 大部分盾构施工对环境的影响是可以控制的,其控制值因地、因施工工序而 异,各不相同。有些盾构施工所经之处,对环境影响甚微,人们毫无觉察。目前, 1 中国各地地铁广泛采 用的仍是三十年前上 海地铁刚开始施工时 所制定(+1cm -3cm)的 控制标准。随着施工水 平的提高,各地地铁施 工隆、沉值大多均能低 于上述标准。据笔者了 解,目前,国外盾构施 工已能把沉降值控制 在1-2mm范围内。图5、 图6所示为东京新宿道 路隧道盾构施工在穿 越通风机房底板时(盾构顶距底 图5 ：东京新宿道路隧道与通风站的横剖面图 板仅1 m ),其沉降只有1 mm,颇 具代表性。 图6 ：东京新宿道路隧道与通风站的纵剖面 及盾构机泥水压力实绩图 2 此外,该工程又在下穿东西线地铁矩形隧道和上穿日本电报电话( N IT )及 与其垂直的大江户线的两条隧道之后,仅隆起3 mm(见图7)。 图7 ：东京新宿道路隧道上穿、下穿既有隧道剖面图 随着国内隧道建设的大发展,出现了不少盾构在既有隧道上方或下方,乃 至在上、下隧道中间穿越的工程实例。同时,隧道有不同的直径和不同的形状(圆 形和矩形);按施工方法有盾构法、明挖法和矿山法,更有矿山法施工的双层隧 道(如即将施工的深圳地铁2号线区间隧道下穿正在运营中的1号线矿山法施工的 单层及双层区间隧道)。 二．盾构施工对环境影响的机理 盾构在地层中施工时可划分为工作面前方、盾构通过时及盾尾脱出后等三个 区域(见图8)。 3 图8：盾构施工对环境影响的三个区域 (1)位于盾构工作面前一倍至几倍盾构直径的笵围是直接受盾构推进质量影响 的区域。当地层良好,可以采用无压(开胸)施工时,开挖面的土体应力释放而导致 开挖面内凹,造成地面下陷,其程度因地质不同会有很大的区别;当采用有压(闭 胸)施工时,土仓内的压力如果大于正面地层压力,则有可能在这个区域内出现 地面隆起,反之则下陷。此现象在软土地层中尤为明显。所以,如何控制土仓压 力是闭式推进盾构施工的核心。众多工程实例表明:泥水盾构较土压平衡盾构容 易控制,气泡式泥水盾构更易保持压力稳定,因而对环境影响最小。盾构施工时, 实际出土量与理论出土量往往存在着或多或少的差别。当实际出土量理论值时, 地面会隆起,反之则下沉。一般情况下,出土量往往大于理论值,这就造成地层 损失,然后导致地面沉陷。在饱和软土地层中,沉陷槽的面积相当于地层损失量。 国内外都采用地层损失率来衡量盾构施工对环境影响的程度。如果地层损失率能 控