盾构隧道穿越既有建构筑物的风险控制与加固技术研究

盾构隧道穿越既有建构筑物的风险控制与加固技术研究

马素芳

广州地铁工程咨询有限公司

摘要：盾构隧道技术，以其高效、环保、对地面环境影响小的特点，在地铁建设、市政管廊等工程中得到了广泛应用。然而，当盾构隧道穿越既有建构筑物时，如何有效控制施工风险、确保既有建构筑物的安全与稳定，成为工程实践中亟待解决的问题。本文深入探讨了盾构隧道穿越既有建构筑物的风险控制策略与加固技术，从风险识别、评估、控制到加固技术的具体应用，旨在为相关工程提供理论支撑和技术指导。

关键词：盾构法隧道施工；既有建筑物穿越；地表沉降控制；地基加固处理

一、引言

随着城市地下空间开发需求的增加，盾构隧道与既有建构筑物的空间冲突日益凸显。如何在保证隧道施工安全与效率的同时，有效控制对既有建构筑物的影响，成为亟待解决的问题。研究盾构隧道穿越过程中的风险控制与加固技术，对于保障城市安全、促进地下空间可持续发展具有重要意义。国内外学者在盾构隧道施工对既有建构筑物影响、风险控制及加固技术方面进行了大量研究，提出了多种预测模型、监测方法及加固措施。然而，由于地质条件、建构筑物类型及施工技术的差异，现有研究成果在普适性和精细化方面仍有待提升。

二、盾构隧道穿越既有建构筑物的风险分析

（一）主要风险因素识别

在盾构隧道施工中，主要风险因素涉及地质条件、既有建构筑物结构特性以及施工参数等多个方面。地质条件中的地层变化、地下水位波动及不良地质体等，对盾构掘进的稳定性和地面沉降控制构成直接影响。同时，既有建构筑物的结构特性，涵盖其建筑年代、类型、基础形式及承受的荷载状况，决定了这些建筑物在面对施工扰动时的敏感性和抵抗力。此外，施工参数的合理设定，包括盾构机的选型、掘进速度的控制以及土压平衡的有效维持，均是确保隧道施工安全、减少对周围环境影响的关键因素。

（二）风险评估方法

针对盾构隧道穿越既有建构筑物的风险，可采用多种方法进行评估。常用的风险评估方法包括层次分析法（AHP）、模糊综合评价法、故障树分析法等。这些方法各有优缺点，需根据工程实际情况选择合适的评估方法。在评估过程中，应充分考虑地质条件、既有建构筑物结构特性、施工参数及施工管理与监测水平等因素，对风险进行全面、系统的分析和评价。

三、风险控制策略

（一）优化施工参数

1.精准选型：根据地质条件和工程需求，合理选择盾构机型及刀具配置。对于地质条件复杂的区域，应选用适应性强、掘进效率高的盾构机型；对于既有建构筑物密集的区域，应选用对地层扰动小的盾构机型。

2.动态调整掘进参数：在盾构掘进过程中，应根据实时监测数据动态调整掘进参数。通过控制掘进速度、土压平衡等参数，确保盾构机在稳定状态下掘进，减少对地层的扰动和地面沉降。

3.加强同步注浆：在盾构掘进过程中，应及时进行同步注浆。通过注浆填充盾尾间隙和地层空隙，形成稳定的注浆加固层，减少地层扰动和地面沉降。

（二）加强监测预警

1.建立综合监测系统：集成地表沉降、建构筑物变形、地下水位等多参数监测手段，建立综合监测系统。通过实时监测各项参数的变化情况，及时掌握盾构隧道施工对既有建构筑物的影响程度。

2.设置预警阈值：根据风险评估结果和工程实际情况，合理设置各项监测参数的预警阈值。一旦监测数据超过预警阈值，立即启动应急响应机制，采取有效措施进行处理。

3.提高监测精度和实时性：采用高精度监测仪器和先进的监测技术，提高监测数据的精度和实时性。同时，加强监测数据的处理和分析能力，及时发现并处理异常情况。

（三）实施主动加固措施

1.基础托换与加固：对于受盾构隧道施工影响较大的既有建构筑物基础，可采用基础托换或加固措施进行处理。通过增设桩基、扩大基础等方式提高基础的承载能力和稳定性；或采用注浆加固等方法改善基础周围地层的力学性质。

2.结构加固：对于结构复杂的既有建构筑物，可采用结构加固措施提高其抗变形能力和整体稳定性。如增设支撑结构、加固梁柱节点等方式提高结构的刚度和强度；或采用预应力张拉等方法调整结构内力分布。

3.地下管线保护：对于穿越既有地下管线的盾构隧道工程，应提前查明管线位置、材质及埋设深度等信息，并制定相应的保护措施。如采用管线迁改、增设套管或注浆加固等方法保护管线安全。

四、加固技术研究

（一）注浆加固技术

注浆加固技术是盾构隧道穿越既有建构筑物常用的加固手段之一。该技术通过向地层中注入浆液形成加固层，提高地层的承载能力和稳定性。注浆加固技术具有施工简便、效果显著、成本较低等优点。在实际应用中，应根据地质条件、注浆材料性能及注浆工艺等因素选择合适的注浆加固方案。同时，加强注浆过程中的质量控制和监测工作，确保注浆加固效果达到设计要求。

（二）基础托换技术

基础托换技术是针对既有建构筑物基础进行加固处理的一种有效方法。该技术通过增设桩基、扩大基础或采用其他形式的基础托换措施提高基础的承载能力和稳定性。在基础托换过程中，应充分考虑既有建构筑物的结构特点和使用要求，制定合理的托换方案。同时，加强托换过程中的施工管理和监测工作，确保托换过程中既有建构筑物的安全和稳定。

（三）结构加固技术

结构加固技术是针对既有建构筑物整体结构进行加固处理的一种有效方法。该技术通过增设支撑结构、加固梁柱节点或采用预应力张拉等方法提高结构的刚度和强度以及整体稳定性。在结构加固过程中，应充分考虑既有建构筑物的结构特点和使用要求以及加固材料的性能和施工工艺等因素制定合理的加固方案。同时加强加固过程中的施工管理和质量控制工作确保加固效果达到设计要求并减少对既有建构筑物使用的影响。

（四）新型加固材料与技术

随着科技的不断进步和创新型材料的不断涌现，新型加固材料与技术在盾构隧道穿越既有建构筑物工程中的应用也越来越广泛。例如高性能混凝土、纤维增强复合材料等新型材料具有优异的力学性能和耐久性能能够显著提高加固效果并降低加固成本；同时智能化监测技术和远程控制技术等新型技术的应用也为盾构隧道施工过程中的风险控制和加固工作提供了更加便捷和高效的手段。因此在实际工程中应积极探索和应用新型加固材料与技术以提高工程质量和施工效率。

五、结论

本文系统分析了盾构隧道穿越既有建构筑物面临的风险因素，提出了基于施工参数优化、监测预警及主动加固的综合风险控制策略，并深入探讨了注浆加固、基础托换等加固技术的实施要点。研究结果表明，通过科学合理的风险控制与加固措施，可以有效降低盾构隧道施工对既有建构筑物的影响，保障施工安全与既有建构筑物的稳定。

未来研究可进一步聚焦于以下几个方面：一是深化地质条件与施工参数之间的相互作用机制研究；二是开发更加智能化、精准化的监测预警系统；三是探索更加环保、高效的加固材料与技术，以适应日益复杂的城市地下空间开发需求。

参考文献：

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