摘 要: 竖井施工不可避免扰动地层，引起地铁隧道周边建筑物沉降，影响其安全和正常使用。结合某地铁区间隧道，分析竖井施工引起的周边建筑物的变形特点、原因及规律。以邻近某建筑为例，提出开挖掌子面进行全断面封闭措施; 隧道内超前深孔帷幕注浆; 隧道台阶法开挖及时进行支护，并向初期支护背后注浆回填、径向注浆以及地面注浆加固技术措施，对建筑物施工后沉降进行控制，达到了预期效果。

关键词: 竖井施工; 周边建筑; 变形; 注浆加固

 

      随着城市建设的发展，在市区修筑地下工程，尤其是在地面建筑密集、地下管线复杂的城市中心地区，地铁施工引起的地面沉陷将有可能危及周围建筑物的安全。近年来，隧道施工造成的环境影响已成地下工程界的热点问题。

      地铁隧道施工不可避免地对岩土体产生扰动，引起地层变形，当变形达到一定程度时将造成地表建筑物沉降、倾斜甚至开裂，严重时还将影响到相关人员的生命安全，从而产生非常恶劣的社会影响。国内外在地铁施工对建筑物的影响评估时有不少文献资料^{［1 － 3］}。文献［4 － 7］介绍了地铁施工对建筑物的影响以及对建筑物采取的保护措施。由于地表建( 构) 筑物密集等工程建设周边环境复杂，因此地层变形控制要求严格是其普遍特点。建筑物是一个地基基础与上部结构密切作用的整体，在不同地质条件下，其变形敏感性各不相同，变形破坏机制复杂。本文以某地铁区间竖井施工引起的周边建筑物变形为研究对象，分析了周边建筑物的变形规律、原因，进而提出了加固施工措施。

 

      某地 铁 区 间 隧 道 采 用 矿 山 法 隧 道，在 里 程YDK0 － 386 处设置施工竖井及横通道以实现 土石方外运及设备吊装。施工顺序为: 先施工竖井初衬到井底，凿除洞门，施工横通道完成初衬，即施工矿山法隧道; 待左右隧道完成后，再施工竖井及横通道的二衬。施工竖井直径 7. 0 m，深度 33. 381 m。竖井外围采用双排三重管φ800 旋喷桩加固止水，初衬为厚 300 mm C25 喷射混凝土、格栅钢架、锚杆和锚管。

      竖井和区间隧道地层由上而下为人工填土、粉质黏土、砂质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。土体物理力学指标见表 1。地下水类型为第四系松散层孔隙潜水和基岩风化裂隙水，地下水位的变化受地形地貌、赋存条件、补给及排泄方式等因素影响，勘察期间揭露地下水位埋深为1. 4 m。由施工前的抽水试验结果和勘察报告的岩土参数建议值可以判定，本竖井所在地层均为弱透水性地层。

      隧道施工不可避免地对岩土体产生扰动，引起地层变形，当变形达到一定程度时将造成地表建筑物沉降、倾斜甚至开裂。某地铁区间 50 m 范围内建筑物情况见表 2。为便于统计分析，将受隧道开挖影响相对较小的隔离桩保护区、浅埋区及深埋区建筑群统称为区域建筑群。

      为了分析竖井施工过程中，建筑物自身沉降规律、不同基础建筑沉降规律、地下水沉降和地面沉降与建筑沉降的相关性，在竖井周边布置测点，如图 1所示。观测周期、次数确定后，在基坑开挖前测初值，开挖卸载急剧阶段间隔不超过 3 d。根据该工程的工期进度安排，基坑监测时间与基坑施工开始时间为 2007 年 9 月 3 日，并保持监测与施工同步进行。监测结果如图 2、图 3 所示。

      由图 2、图 3 可以看出: 1) 竖井开挖周边房屋沉降明显，燕岭大厦 C 栋宿舍靠近竖井的 2 个测点沉降超限，其中 CF1 － 1 点沉降达到 77. 3 mm，CF1 － 2达到 51. 6 mm。2) 从开挖过程来看，竖井开挖前期沉降缓慢; 当开挖到 21 m，即开挖到小于⑥_{1 － 1}层时，沉降速率剧增，燕岭大厦 C 栋宿舍靠近竖井两测点迅速超限; 2008 年 1 月前后，继续开挖到横通道，沉降逐渐放缓; 3 月注浆加固后，建筑抬升明显，一度从 77. 3 mm 减小到 30 mm 控制值以内; 停止注浆以后，隧道开挖又导致沉降速度加剧。3) 从图 3 可以看出，3 种不同基础建筑沉降规律相似，其中人工挖孔桩( 燕岭大厦 C 栋宿舍) 沉降最大，天然基础( 中国农业银行) 次之，预应力管桩( 金燕大厦) 最小。

      从图 4、图 5 可以看出: 1) 施工过程地下水下降严重，SW1 测点最大水位下降了 14 m。地下水沉降与地面建筑沉降规律基本一致，2007 年 9 月 30 号前后竖井开挖到 21 m，开挖至全风化层，渗水量急剧增加; 横通道基本开挖完毕，地下水逐渐回升; 隧道开挖后，地下水位又急剧下降。2) 建筑物沉降时间点过程线与其临近地面沉降点过程线形状基本一致，地面沉降基本能反映邻近建筑物的沉降规律。

      燕岭大厦 C 幢宿舍楼基础为人工挖孔桩，属于端承桩，桩底地层为⑥_{1 － 1}层，当竖井开挖到⑥_{1 － 1}层时，渗水量急剧增加，地下水渗流导致⑥_{1 － 1}强风化层软化，桩底承载力急剧下降，桩基沉降严重; 距竖井不同距离地下水下降不同，因此地层固结沉降也不同，同时由于其上④₁层、④₂层厚度从建筑物西端向东端逐步变薄，地层对桩的负摩阻力不同，导致上层建筑产生不均匀沉降。

      中国农业银行为天然基础，沉降主要是地下水下降导致地层固结引起的，因此其沉降小于燕岭大厦 C 幢宿舍楼。金燕大厦基础为预应力管桩，桩长25 ～ 33 m，虽然地层固结会对其有负摩阻力作用，但其桩底作用在⑧_{1 － 1}层，端承力基本没有损失，因此其沉降最小。

 

      因隧道施工过程中地下水的流失会造成燕岭大厦 C 栋的沉降，周围深基坑的开挖和桩基施工，会加快燕岭大厦 C 栋的沉降速率。建议双方错开时间段分别进行施工，确保封闭注浆的止水效果。为此，需对燕岭大厦 C 栋宿舍楼( A006) 采取保护措施。

      1) 开挖掌子面进行全断面封闭。 采用φ22 格栅钢架加φ6. 5 钢筋网片和 C25 喷射混凝土封闭开挖面，及时成环，预留注浆管，进行初支背后回填注浆。在横通道侧壁与台阶底板处，45°设置φ42 注浆管，L = 2. 5 m，纵向间距 0. 5 m，采用双液浆进行深层注浆止水，严格控制初支背后土体水的流失。

      2) 隧道内超前深孔帷幕注浆。 隧道全断面采用超前 袖 阀 管，后 退 式 分 段 注 浆，每 段 注 浆 长 度2 m。当围岩较差不易成孔时，采用前进式分段注浆，每段注浆长度 3. 0 m。注浆顺序应先外后内，施工时应逐个成孔、逐个注浆( 袖阀管注浆见图 6) 。

      a． 在洞内实施超前袖阀管φ108 预注浆。 一是沿隧道 开 挖 轮 廓 线 环 向 间 距 2 000 mm，外 插 角3. 5°，长度为 15 m，搭接 3. 0 m 布置; 二是沿隧道轴线，由外向里内插法确定注浆管角度，全断面布置，直到通过燕岭大厦 C 栋后 10 m 或进入⑨地层的位置为止。

      b． 浆液用 P·O32. 5 水泥拌制，浆液由稀到浓，水灰比为 1. 5∶ 1 ～ 0. 5∶ 1，当浆液太浓时，掺 0. 3% ～0. 5% 的减水剂。注浆压力 ( 为注浆孔口压力 ) 初步定为 3. 0 ～ 5. 0 MPa，根据现场施工的具体情况进行调整。注浆量的确定: 注浆系数暂定，孔隙率 5% 、填充率 0. 6、损失率 0. 2。

      c． 注浆终止标准。 注浆孔口压力达到 3. 0 ～5. 0 MPa，并 持 续 注 浆 10 min，进 浆 量 小 于2 m³/ min，出水口水量小于 0. 1 m³/ min 可终止注浆。全断面终止注浆出水量小于 10 m³/ h。

      d． 注浆后应用清水及时清孔，便于下次使用。

      e． 隧道洞门处利用横通道格栅钢架加模筑厚0. 5 m C25 混凝土，作为注浆时的止浆墙，并架设对口撑，防止注浆压力较大时止浆墙变形。止浆墙混凝土施工前应预埋 117 mm 孔口管，并伸出止浆墙外 15 cm，孔口管预埋位置及角度应满足技术交底要求。

      孔口管采用麻丝和锚固剂对孔口管和孔壁的间隙实施封闭。孔口管安装前，管壁紧裹一层麻丝，在孔内填塞满锚固剂，然后利用钻孔机将孔口管旋转推入孔内，锚固剂在孔口管的挤压和麻丝的摩擦下均匀、密实地分布在管壁与孔壁的间隙内，达到封闭的目的。

      下一阶段注浆根据前段施工情况确定，利用预留 3. 0 m 加固体作为止浆墙，同样采用袖阀管进行全断面注浆。

      3) 在隧道开挖时，严格按照施工方案进行台阶法开挖，及时进行支护并向初期支护背后注浆回填及径向注浆。

      a． 上台阶开挖后，按设计进行支护并加临时仰拱格栅钢架，闭合成环，及时喷射 C25 混凝土进行封闭，强度满足要求后进行初期支护背后回填注浆。

      注浆管采用 L =0. 5 m，φ42 的普通钢管制作。浆液采用配合比 1∶ 1的水泥浆，注浆压力控制在0. 3 ～0. 5 MPa。钢管焊在格栅钢架上，喷射混凝土时管口用编织袋或棉纱堵塞，防止混凝土进入注浆管。

      b． 初期支护背后回填注浆后，进行围岩深层径向注浆，纵向、环向 1. 5 m × 1. 5 m 梅花形布置，长度L = 3. 0 m，采用φ42 普通钢花管。 浆液采用普通P·O32. 5水泥，水灰比为 0. 8 ∶ 1，注浆压力 ( 孔口 )0. 5 ～ 1. 0 MPa。隧道径向注浆管布置如图 7 所示。

      c． 下台阶开挖时尽量采用人工配合机械施工，遇到⑧_{1 － 1}地层开挖困难时，采用微差爆破施工技术进行施工，并满足爆破施工要求。开挖后及时完成全断面格栅钢架封闭成环，并进行下断面初期支护背后回填注浆和径向注浆。

      d． 地下水主要来自 ⑦_{1 － 1}强风化层和⑧_{1 － 1}中风化层之间，同时受高水位的影响，水量较大并有一定的水压力，因此，施工时加强对此处的注浆控制。

      e． 隧道注浆后，地下水位会有一定的上升，施工竖井周围出现渗漏时，用小型手持式注浆机进行注浆堵漏。

      4) 地面注浆加固。地铁隧道通过范围内，在燕岭大厦 C 栋周边设置双排袖阀管，间距 3. 0 m，排距2. 0 m，对燕岭大厦 C 栋的桩基持力层进行注浆加固，采用跟进式注浆。当沉降 0. 2 mm/d 或累计沉降 2 mm/d 时，进行注浆。注浆加固见图 8。

      注浆孔分为 A、B 孔，注浆时先注 A 孔，注浆压力 0. 5 ～ 1. 0 MPa; 后 注 B 孔，注 浆 压 力 1. 5 ～2. 5 MPa，尽量一次注浆到位。

      5) 监 测。

      a． 加强对地面及建筑物的下沉、建筑物水平位移的监测频率，每日进行 2 次。及时掌握建筑物的变化情况，分析产生下沉或位移的原因，采取相应的处理措施。

      b． 加强隧道内拱顶沉降及竖井、隧道洞内收敛监测，及时对数据进行分析，发现数据变化异常时，查明原因，采取对应措施。

      c． 加强水位监测，每天对抽水量进行测量、记录。掌握水量的变化是否控制在预计的范围，并判断是否需要采取措施。水位下降时，加强洞内及地面的堵水措施。

      通过对加固进行监测( 结果从略) 结果表明: 采用上述加固措施，周边建筑物的沉降得到了有效控制，使得竖井得以安全、顺利地施工。