城市地铁施工对地上既有建筑物保护措施之探 - 监理检测网论坛,检测网论坛,检测论坛,试验检测论坛,监理检测论坛,试验检测网,工程检测论坛,监理论坛,监理网,检测网,试验检测考试论坛,检测师考试论坛,助理试验检测师考试,试验检测师考试,试验检测考试报名,试验检测考试现场审核

3c3t - 2010/11/26 10:08:00

城市地铁施工对地上既有建筑物保护措施之探讨祝媛媛  樊启洪（深圳市东部建设监理有限责任公司）
摘要：以深圳地铁5号线X站为例，分析了城市地铁施工过程中造成地上建筑物开裂的原因，提出了保护地上建筑物的措施。
关键词：地铁施工；建筑物保护
1、前言
城市地铁建设对缓解交通“瓶颈”、提升城市硬件起到了强有力的推动作用。然而，地铁工程施工给周围地层和周边环境造成的影响却是巨大的，地铁施工所及之处造成地下水位下降、地表下沉，继而引起地上周边建筑物开裂。处理不好，这也是造成社会不和谐的新因素，绝对不可小视。

要保障城市地下铁路建设的健康发展，尽可能的节约建设资金，发挥投资效益，就必须弄清造成地上既有建筑物破坏的原因，尽可能做好对地上建筑物保护措施问题。下面仅以深圳地铁5号线X站工程为例，谈谈我个人的看法，供同行参考。

2、城市地铁施工中对地上既有建筑物造成破坏原因分析

城市地铁施工中造成地上既有建筑物的破坏既有内在的因素，也有外在的因素，更有人为的因素，是这些因素综合的结果。

2.1、复杂地质条件和建筑物自身缺陷是造成建筑物开裂的内在因素

2.1.1、复杂多变的地质条件加大了地下施工处理的难度

深圳地铁5号线X站工程由采用明挖法施工的X车站和采用矿山法暗挖施工的Y-X区间隧道两部分组成。明挖车站地处东湖与东晓路交叉口，沿东晓路呈“一字”型排开，车站总长为243.5m。区间隧道工程北起Y站，南至X站，区间左、右线均长1599.97米。

243.5m长的X车站地处山谷台地，车站80米在东湖路以北，沿东晓路两边为4~5米的坡地；余下部分在东湖路以南，沿东晓路两边为平地。地勘揭露东湖路以北地层分别为人工填土、粘土、全风化混合岩；东湖路以南地层分别为人工填土、粘土、粉质粘土，勘察期间稳定地下水位埋深2~9.2米。

Y-X区间隧道从南向北IV围岩段约1000米，V-VI围岩段600米。IV围岩段隧道埋深20～40米，要穿过两处地质破碎带。V-VI围岩段靠X站方向200米隧道埋深在20米左右，靠近Y站400米范围隧道区间属典型的浅埋暗挖隧道，地表距隧道拱顶只为9-12m。V-VI围岩段为山谷地带，地层为坡积土和冲洪积土，土质依次为人工填土、粘土、粉质粘土，隧道穿行区土层天然孔隙比0.6~0.95，地下水十分丰富。

2.1.2、建筑物场地周边环境及建筑物自身缺陷加大了对既有建筑保护的难度

X车站处于密集居民区，侧穿心怡花园、太白居、一致春晓、金河宏发等20多栋多、高层建筑。心怡花园、太白居为10层以上框架结构房屋；一致春晓、金河宏发为7层砖混结构房屋，基础为天然条型基础。房屋大多年代已久，外墙装饰层已开始脱落。车站地下围护结构东侧距离上述建筑物4米，车站地下围护结构西侧距离上述建筑物2米，车站地下围护结构外侧与上述建筑物之间的空间均为商铺，每天行人不断。

区间隧道600米V-VI围岩段，下穿主要建筑物有左右家私厂、鸿名电业厂、研展科技电子厂等28栋房屋。左右家私厂3栋建筑均为6层砖混结构厂房，鸿名电子厂3栋均为框架结构5层厂房。研展科技电子厂共4栋建筑均为4层砖混结构办公楼或厂房。上述建筑物除鸿名电业厂房屋为钢筋混凝土承台基础外，其它多层建筑均为条形浆砌片石基础。除上述多层建筑外，其余建筑物均为单层二跨、砖柱、简易钢屋面结构厂房或仓库。这些厂房或仓库檐高大多在8米左右，外围护结构为180毫米厚墙，既没有构造柱，也没有圈梁。

2.2 、施工技术条件的限制是引起建筑物开裂的外在因素

2.2.1、在有限的资金限制下，现有的施工止水方法很难达到理想的止水效果

X站Y-X区间隧道属典型的浅埋暗挖隧道，下穿建筑物多，地质条件差。在这样的条件下采用矿山法施工，要保证地表不沉降、地上建筑物不开裂，显然是很困难的。

要保证施工安全，顺利穿过建筑物，注浆止水尤为重要。施工过程中尽管采用了双浆液洞内全断面注浆、初支回填注浆、建筑物地表注浆，但始终难以达到令人满意的止水效果。

传统的水泥、水玻璃双液注浆方式虽可以增加地层的强度，但止水的效果不理想。WSS三浆液注浆效果虽然比水泥、水玻璃双液注浆止水效果好，但后者处理成本高，平均洞内每处理一米，成本就将近1万元，要想达到百分之百止水效果也很困难。

2.2.2、现有的施工工法难以保证建筑物地表不下沉、建筑物不开裂

Y-X间隧道V-VI围岩段采用的是矿山法施工工法，地铁暗挖施工无论采用矿山法、还是盾构法，施工过程中都难以保证地上建筑物不下沉开裂。

浅埋矿山法是在借鉴新奥法理论的基础上开发出来的地铁隧道施工方法，即洞室开挖后，利用围岩的自稳能力及时进行以喷锚为主的初期支护，初期支护与围岩密贴以减小围岩松动范围，提高自承能力。它允许初支变形，通过一定的初支变形与围岩共同形成支承体系，这就不可避免地引起建筑物地表下沉。同时开挖会对土体扰动，锚喷不及时、围岩暴露松弛，未成环的承力体下沉也会引起地表下沉，造成地上建筑物开裂。

盾构施工是一种在软土和软岩中修建地下隧道的特殊施工方法，在控制建筑物地表下沉和保护上部既有建筑物方面优越于矿山法施工。盾构隧道施工是先在设计开挖位置开挖盾构井，盾构安装就位后，再用千斤顶使盾构推进一段，然后在缩回千斤顶的同时，用液压举重拼装器拼装隧道衬砌。如此一段段向前掘进拼装，直至完成整条隧道。但盾构开挖中引起的地层损失，盾构行进和管片拼装过程中对隧道周围土的扰动或受剪切破坏的重塑土再固结都会引起地面隆起或下沉，从而造成地上建筑物开裂。

2.3、设计不当是造成地上既有建物开裂的人为因素

    深圳地铁5号线X站工程设计失误可归纳为如下几个方面：

2.3.1、施工工法选择不当

    Y-X间隧道V-VI围岩段共600米，下穿建筑物28栋，选择盾构法施工比矿山法施工将更有利于对上部建筑物的保护，而设计却选择了矿山法施工。该段目前已开挖完成了1/2的工作量，平均一天开挖长度不足1米，大多数建筑物整体沉降达80mm左右，为保证该处建筑物安全，施工措施花费却是巨大的。

2.3.2、支撑体系布置不合理

    X车站为明挖车站，开挖深度为东晓路路面以下20米。为保证车站开挖时建筑物安全，根据不同的地质段，围护结构采取了不同的形式，东湖路以北围护结构为人工挖孔桩，东湖路以南为地下连续墙；人工挖孔桩部位支护形式为锚索结构，地下连续墙部位墙顶为混凝土支撑结构，连续墙中、下为两道钢管支撑结构。

    图纸会审时，监理单位提出人工挖孔桩加锚索支护不合理，人工挖孔桩加锚索支护是柔性结构，结构开挖过程中一旦发生位移，将直接影响到高边坡上建筑物的安全，建议在人工挖孔桩顶部增加一道钢筋混凝土水平支撑。后来部分修改了设计，在外围护结构两边人工挖孔桩外露等高的部位增设了一道钢筋混凝土水平支撑；人工挖孔桩两边不等高的部位未设钢筋混凝土水平支撑，而这些部位一经开挖就造成了边坡周边的多栋房屋开裂。

2.3.3、降水施工使用部位不当

城市地铁在建筑物周围施工应当采取止水，而不是人工降排水。为满足土方开挖过程中施工安全，X车站设计要求先采取基坑内深井降水，降水井超过地下连续墙2米。在监理单位不同意该方案的情况下，施工单位擅自按设计要求进行了深井降排水施工，降水施工不到一个月就造成了基坑周边十多栋房屋不同程度的开裂。

2.3.4、抗浮结构型式选择不当

    为增加X车站底板抗弯刚度，同时为了满足车站抗浮能力要求，X车站在8至19轴底板下设了24根直径为1.5米的人工挖孔桩。人工挖孔桩桩长10米，其埋深深于地下连续墙6米。

    该处地层为饱和粘土、粉质粘土，施工一根桩就要抽水一个月。该方案一旦实施，将带来周边建筑物更大的沉降。由于监理单位的坚决反对，该方案正在调整之中。

     2.3.5、托换结构处理不当

Y-X区间鸿名电业厂部分桩进入了隧道内，要求进行桩基托换处理。本工程托换手法为用人工挖孔桩托主梁（截面b×h=1800×2000），主梁托次梁（截面b×h=2000×800），次梁托托换柱。设计要求托换柱最大沉降为-3 mm。本工程托换的只是鸿名电业厂一栋厂房的西南一角，该栋厂房还有相当一部分结构没有进行托换。

鸿名电业厂原框架柱下为混凝土摩擦桩，在隧道开挖失水情况下会沉降；而托换结构人工挖孔桩为端承桩，不存在失水沉降。这将导致托换结构与不托换部位结构间形成较大的差异沉降，从而导致建筑物开裂。

3、对地上既有建筑物的保护措施

3.1、精心筹划、搞好对地上既有建筑物的保护

3.1.1、建立健全保险机制、分摊施工风险

城市地铁施工造成地上既有建筑物开裂有复杂地质原因，又有不明管线原因，也有建筑物本身存在的缺陷因素。这些客观因素有它的隐蔽性、不确定性。同时，城市地铁地下作业是高危险、高风险的工作，仅就对地层上部影响而言，施工造成地表下沉、地上建筑物不同程度开裂是时常发生的事，甚至造成地上建筑物倒塌也不鲜见。为了规避这类风险，应建立健全地上建筑物财产保险、建筑工程一切险等风险机制，尽可能转化、分摊施工风险，节约建设投资。

3.1.2、建立维稳和突发事件应急处理机制

    城市地铁施工引起地表下沉、地上建筑物开裂是不可避免的，突发性事故不断。为维护社会稳定，保障居民的正常生活秩序，应建立健全突发事件的应急处理机制。在做好居民说服工作的同时，抓紧实施建筑物保护方案，做好受损构筑物加固、维修工作，避免事态扩大带来更大的损失。

3.1.3、重视施工前的准备工作，减轻施工对地上建筑物造成的损坏

（1）   城市地铁施工前应事先搞好补勘和超前地质预报，尽可能地搞清地质状况，针对不同的地质情况事先做好不同的措施准备；

（2）   查明地下管线情况，特是给水、雨污管道和箱涵，做好迁改和保护措施，防止因管道爆裂引起的隧道塌方，从而危及地上建筑物的安全；

（3）   做好建筑物基础、结构调查，根据调查情况做好对地上既有建筑物的预加固处理。比如地表注浆、基础托换、建筑物支撑等，尽量减少施工对建筑物的影响。

3.2、提高施工技术水平、保护好地上既有建筑物

3.2.1、加大研发投入、提高注浆止水效果

    在软弱围岩地质环境下的城市地铁施工过程中，洞内作业失水是引起建筑物地表下沉、建筑物开裂的主要原因。传统的二浆液注浆止水可注性差、止水效果不好，尽管工程施工中不乏有日本、德国的注浆止水技术运用于工程，比如说WSS三浆液注浆止水技术，这些技术大多是在国外工程施工中学到的，这些仿学来的技术掌握地很不系统、不全面，且技术封闭，不利于推广。要提高注浆止水能力，达到可注性强、止水效果好、施工成本低的目的，就要加大研发投入，在寻求注浆替代材料，降低注浆成本、完善注浆工艺上下功夫。

3.2.2、加强施工环节质量的控制、弥补施工工法的缺陷

暗挖施工引起地表沉降表现在如下几个环节：

（1）管棚施工质量达不到设计要求，造成地表下沉；

（2）开挖工法选择不当，对土体扰动过大，造成围岩下沉；

（3）上导开挖时因初支来不及支护引起洞内围岩松弛而造成围岩下沉；

（4）下导开挖时因拱顶初支松动而造成围岩下沉；

（5）初支成环后，因受力变形导致结构收敛；

（6）软弱围岩，洞内积水浸泡导致初支整体下沉。

为尽量减少暗挖施工带来的地表沉降，在暗挖施工过程中必须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则，从开挖方法选择上下功夫，尽量减少施工对土体的扰动，比如可选择短台阶法、CD法、CRD法等；尽可能快的减少围岩暴露时间，做到随挖随喷、随挖随支；重视拱脚锁脚锚杆、初支系统锚杆的施工质量，及时安装临时仰拱，保证初支早成环。现场还应加强监控量测，并及时反馈信息，要据实际情况修正设计参数，确保施工安全。

盾构法施工引起地表隆起或下沉是由两个方面引起的，一方面是施工对土体的挤压，另一方面是受扰动土的固结。在施工环节中要控制好盾构施工参数，如推力、推速、正面土压、同步注浆量和压力等。

3.3、重视设计质量、减少设计失误

3.3.1、重视人才的培养,把好从业人员素质关

    人是生产力中最活跃的因素，要提高设计质量就必须重视人才的培养，把好从业人员素质关。一个工作作风轻浮、办事拖沓；一个理论知识掌握不全面、工程实践经验欠缺的人注定拿不出有很高价值的设计作品。

3.3.2、搞好设计质量的控制

    在城市地铁设计中，为加强对地上既有建筑物的保护，应重点做好如下几个方面的工作：

   （1）重视围护结构的设计质量，保证周边建筑物不因围护结构变形或失稳而破坏。比如为减少围护结构支撑体系失稳，冠梁顶支撑应慎用多节拚接钢管支撑，尽可能地使用钢筋混凝土支撑；多用钢性支撑结构体系，慎用柔性支承体系。

   （2）要注重防水、堵水设计，不轻易选择降水、排水方式。设计上应遵循“以防水为主、防堵给合、多道防线、因地制宜、综合治理“的原则。比如在有围护结构形式的明挖施工中，大量失水引起的地表沉降往往发生在开挖最后一层土和基底混凝土垫层封闭前的时段，为尽量减少失水，可采取留最后一层土不挖，先采取旋喷止水、注浆止水密实基底土体后再行开挖的方法。再如，基坑底人工挖孔桩抗浮桩施工时间长，施工中不可避免地要抽水降水，为减少失水可采用锚杆抗浮方式或者增加人工挖孔桩桩数以减少桩长，同时辅以止水方式施工等。

   （3）要认真研究施工环境、地质状况，做好设计方案比选，重点解决好方案与场地的符合性，技术上的可行性，施工上的可操作性。为有效保护好地上既有建筑物能选择盾构法施工的就应尽量不选取矿山法施工；特别是在城市地铁施工中，受周围建筑物密集、空间场地狭小、地下管网多的限制，地表注浆加固方式几乎不可能实施，设计上应尽量以洞内措施为主，洞外措施为辅。

（4）搞好施工过程中的设计跟踪与服务，根据施工过程中的反馈信息及时修改设计。为减少托换结构与不托换结构之间的差异沉降，就应该搞好隧道开挖过程中的动态监测，根据监测数据及时调整顶升力，搞好整栋房屋的沉降变形协调控制，而不是单纯控制抬升柱的沉降量。

4、结束语

在城市地铁施工过程中，造成地表下沉、地上建筑物开裂原因是多方面的，综合归纳起来既有主观因素，也有客观因素。主观原因是指设计失误、施工控制不当等，这些因素是造成地上既有建筑物开裂的主要原因，要尽量在设计方案比选上，施工操作环节上下功夫，以减少设计失误，弥补施工工法的缺陷。至于周边建筑物自身存在的缺陷、地质状况等客观因素，除事前做好有针对性的措施外，还应建立健全风险转移机制，转化和分摊施工风险。

登峰观海 - 2010/11/26 14:47:00

值得学习

hujiang007 - 2010/11/27 8:27:00

学习了！

勇于拼搏世界 - 2011/8/13 2:06:00

太棒了