甘政政,张立亚
(湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院，湖南 湘潭 411201)
我国当前交通的格局已满足不了城市发展的要求，由于城市规划的限制，大城市土地资源又非常有限，轨道交通的优势得到了充分的体现。地铁隧道往往通过城市中心繁华地带,区域情况复杂,传统的施工方法不再适合,盾构法地铁隧道施工是一个极佳的选择,它兼具安全、可靠、劳动强度低和对环境影响小的优点，但对地层上部及影响范围内房屋的干扰仍旧不可避免,文献[1-4]使用不同的方法和模型研究了地铁盾构对临近房屋的影响；
文献[5]研究了不良地质情况下盾构下穿密集建筑群施工技术；
文献[6-9]研究了数值模拟、理论计算预测、自动化监测在地铁隧道中的应用，但应用都受到限制，尤其是人工监测及时性较差；
文献[10]通过对地表变形引起的建筑物损坏实例统计分析，将建筑的倾斜变形与房屋损坏等级作为确立预警标准的因素之一。房屋倾斜过程会对房屋产生附加应力，尤其是易引起长边的竖向裂缝，给房屋带来严重损害。目前盾构过程，建筑物自动化变形监测研究中大多集中在对沉降数据的系统分析，而对倾斜研究相对较少。
本文以深圳地铁九号线某区间盾构隧道切桩穿越某小区9号～13号建筑楼群为例，左、右线切桩穿越过程使用TS30测量机器人实时监测房屋群的动态移动变形，通过计算房屋边同一水平监测点沉降差与距离的比值获得相应方向的倾斜值，以《建筑地基基础设计规范》中对多层建筑物整体的倾斜允许值作为衡量标准，分析受到左线和右线叠加影响的9号楼以及左线单独影响的10号和11号楼、右线单独影响的13号和12号楼，在盾构机推进过程房屋长、短边的倾斜及方向的动态变化，将房屋倾斜值作为盾构施工预警的标准之一(根据房屋高度和结构，倾斜预警值取0.004 mm/m)，根据动态斜率调整盾构机参数，为后续类似施工提供工程经验。
本次监测的建筑群位于深圳地铁九号线某区间，隧道左、右线中线间距19 m，其中9号～13号需切桩穿越，共切除137根桩基，其中左线9号切桩17根、10号切30根、11号切22根，右线9号切桩27根，13号切17根，12号切24根，切除长度为0.3 m～2.5 m，左、右线先后6次穿越，楼下区间达100.5 m，左线穿越9号、10号、11号，右线穿越9号、13号、12号，隧道埋深11 m～16 m，楼群与盾构隧道的相对位置如图1所示。
1.1 地质情况
原始地貌为河谷冲、洪积平原，现经过人工回填，场地地势平坦，标高为4.06 m～6.12 m。盾构下穿地层从上到下依次为：素填土、淤泥质土、中粗砂、砾质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩和中等风化花岗岩。
1.2 建筑群情况介绍
某小区9号，10号，11号，12号，13号是1987年～1989年修建的住宅楼，皆采用沉管灌注桩基础，桩径0.34 m，桩底绝对标高-6.15 m～-10.8 m，小区地表绝对标高5.7 m～5.85 m，房屋高7层，无地下室，9号、11号桩尖贯入砾质亚黏土层5 m左右，其余3栋楼桩尖贯入砾砂层2 m左右。
2.1 仪器设备
本次施工使用1台Leica TS30测量机器人进行自动化监测，开始仪器架设在13号楼顶(先左线盾构)，监测左线穿越9号、10号、11号楼时的变形量，当盾尾脱离11号、右线刀盘距13号楼还有1环时，仪器移站到10号楼顶，监测右线穿越13号、12号时的变形量。仪器、后视点的布设情况详见图1。
2.2 监测点的布设
根据《建筑变形测量规范》要求，监测点应布置在房屋承重构件或基础的角点上，长边测点应适当加密，监测点布设在屋顶以便保护和实时观测(测点编号及布置详见图1)，为研究盾构切桩穿越过程房屋群的倾斜规律，按同一方向上的监测点，将同一水平的任意两点为一组按沉降差和两点间水平距离求斜率(i=Δh/ΔL)，根据斜率大小和正负区分相应房屋边的倾斜情况。具体分组详见表1，表2。
表1 左线楼群监测分类统计
表2 右线楼群监测分类统计
3.1 坐标轴规定
横坐标：各监测点到盾构机刀盘的水平距离，单位为m；
以盾构机刀盘进入楼房(9号)为原点，盾构机的掘进方向为正，反向为负。
纵坐标：房屋的累计斜率；
规定房屋向南、向西倾斜为正，反之为负。
3.2 盾构切桩穿越9号时数据分析
左线盾构穿越通过9号东北角，由图2可知，房屋北边、东边的斜率在-0.24×10-3mm/m～0.06×10-3mm/m(距离0.25 m～51.09 m)之间，对房屋倾斜影响较小。刀盘位置在8 m～15.5 m时，房屋北、东斜率增大，之后受二次注浆影响斜率产生波动。9号单独受左线穿越影响时(0 m～48.5 m)整体向东北向倾斜。
由图3可知，右线盾构穿越9号时，斜率在-1.27×10-3mm/m～1.42×10-3mm/m。
由北侧斜率曲线可知，从刀盘位置12.8 m～34.6 m，房屋向西倾斜且斜率先增大后减小，并滞后(盾尾出9号楼10.5 m)达到最大值。
南侧7014-7012和7014-7015线的倾斜方向相反，形成以7014点(对应右线隧道中心)为低点的“V”型构造。
综合图2，图3分析可知，9号受左、右线掘进叠加影响，房屋南边形成了“V”型构造，导致南侧(长边)产生附加应力，东、西两侧在整个推进过程倾斜向北，斜率较小。9号楼受左、右线穿越叠加影响向北倾斜。
3.3 盾构左线切桩穿越10号，11号时数据分析
由图4可知，左线盾构穿越10号斜率在-1.57×10-3mm/m～2.13×10-3mm/m，主要变化在刀盘进入10号楼至盾尾离开楼体。
西侧斜率曲线表明，刀盘进入10号前(24.5 m)房屋向北倾斜，进入后向南倾斜。最大倾斜值在45.1 m处，至51.09 m位置房屋斜率趋稳；
南侧、东侧斜率曲线变化趋势同西侧，而距离隧道中心较远的东侧，斜率最大值出现在盾尾脱离10号楼24 m时，说明距离盾构隧道远的位置，其变形有一定的滞后性。
综上可知，10号楼在刀盘位于24.5 m前向东北向倾斜，之后房屋向西南方向倾斜。
左线穿越11号最大斜率为-2.61×10-3mm/m。西侧斜率曲线表明，房屋向北倾斜，盾构推进过程，受二次注浆影响房屋斜率整体较小；
南侧斜率曲线表明，房屋向东倾斜，但南侧斜率远大于西侧和北侧。据工况可知，掘进至51.09 m处因机械故障停滞6 d，恢复掘进后1 d内推进15 m使得南侧隧道正上方点沉降较快。综上分析，11号整体向东北倾斜。
3.4 盾构右线切桩穿越12号、13号时数据分析
由图5可知，右线盾构只穿越了13号房屋东北角，整个过程房屋倾斜较小，最大斜率为-0.59×10-3mm/m。
南、北两侧倾斜始终向东，从刀盘位于42.1 m开始斜率迅速增加，直到57.4 m斜率趋稳，在82.3 m斜率出现波动后趋稳。
东侧斜率曲线表明，刀盘推进到52.6 m，房屋倾斜方向由南转北，随刀盘继续推进斜率值增大，直至穿越整个楼群后趋稳。
右线穿越12号房屋倾斜值在-0.61×10-3mm/m～0.71×10-3mm/m之间变化，波动较大出现在距离57.4 m～86.7 m之间。
南侧形成以7035为低点的“V”型，从刀盘推进至66.5 m处斜率快速增大，至80.9 m斜率达最大。由于地面和洞内同步注浆，房屋斜率直线下降，推进至82.3 m盾尾出12号完成穿越后趋稳。
东侧斜率曲线表明，刀盘推进至57.4 m，东侧倾斜方向经历由北向南逆转，最大倾斜值在77.8 m处，之后地面和洞内同时注浆，斜率短暂波动后趋稳。
综合以上分析，以盾尾脱离13号为界(57.4 m)，13号整体倾斜方向由东南转东北。12号倾斜方向由东北转东南。
3.5 盾构切桩穿越房屋最大倾斜分析
左线穿越9号切桩17根，整个过程只穿过该楼东北角，房屋向东北倾斜，斜率较小。右线穿越9号切桩27根，最大斜率1.42×10-3mm/m，影响相对较大，且右线穿越叠加使得长边倾斜方向由东转西，短边的倾斜方向不变，但斜率最大值增加；
10号切桩30根，房屋向西南倾斜且斜率较大；
11号切桩22根，房屋倾斜向东北，是因盾构机在穿越时掘进速度太快，导致隧道中心正上方的点(6529)沉降过大。右线从13号东北角穿越切桩17根、12号切桩24根，最终倾斜值均较小，是因盾尾出12号后，地面及时进行二次注浆，使房屋倾斜急剧减小(见表3)。
表3 9号～13号楼最大倾斜值 mm/m
1)左、右线先后穿越9号，叠加应力对长边有利，可减小长边方向(东西向)的倾斜值，但并未改变房屋短边方向(南北向)的倾斜值；
房屋长边“V”型构造产生的附加拉力会引起房屋外墙竖直方向的裂缝。
2)左线盾构穿越10号、11号过程，房屋长边方向(先接触刀盘)的倾斜值大于对边和临边的斜率，斜率变化主要集中在刀盘进入房屋至盾尾离开期间，并滞后出现最大斜率，且监测边距离盾构中心越远，滞后现象越明显；
快速切桩掘进会导致长边倾斜值迅速增大。
3)右线盾构机穿越12号、13号过程，房屋短边倾斜方向发生逆转，斜率变化集中在刀盘进入建筑物下至盾尾出房屋期间，12号楼长边“V”型构造产生的附加拉力易引起房屋损坏，地面同步注浆能快速减小房屋的倾斜，达到房屋纠偏的目的。
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