12章建筑物及管线保护.docx
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12章建筑物及管线保护
第十二章地面建（构）筑物及地下管线的保护
第一十二章地面建（构）筑物及地下管线的保护
§1地表建（构）筑物的调查与保护
长江隧道位于武汉市中心城区，隧道及线路两侧50m范围内的建（构）筑物星罗棋布，道路交叉纵横，并分布有许多省市级文物保护建筑，周边环境十分复杂。
详细内容见第一章第§3节“3.2沿线周边环境”有关内容。
1.1地表建（构）筑物的调查11.1.1调查的范围与重点
（1）盾构隧道工程
图12-1-1隧道施工引起的地表沉陷槽曲线
武汉长江隧道主要横穿汉口的沿江大道、洞庭街，武昌的友谊大道、和平大道、武大铁路、新临江大道、老临江大道，工程沿线施工影响范围内建（构）筑物众多，建筑物的基础形式多为条形基础和整板基础，因此工程施工时临近建筑物保护的难度较大。
采用经验公式对盾构隧道施工影响范围及地表沉降分布规律进行预测，进而确定地表建（构）筑物调查范围。
目前，工程实践中实用的经验公式是Peck公式（Peck，1969）和一系列修正的Peck公式。
Peck假定施工引起的地面沉降是在不排水的情况下发生的，所以沉降槽体积等于地层损失的体积。
地层损失在隧道长度上是均匀分布的。
地面沉降的横向分布类似正态分布曲线，如图12-1-1所示。
Peck公式为：
式中：
S（x）——距离隧道中线x处的地面沉陷量；
x——距离隧道中线的距离；
Smax——隧道中线的最大地面沉降量；
i——沉陷槽的宽度系数，
最大沉降量采用下式估算：
Vs——沉陷槽容积（等于盾构施工引起的地层损失）。
i——沉陷槽的宽度系数；即沉陷曲线反弯点的横坐标，i可由公式或查peck图表得到。
式中：
Z——隧道埋深；
φ——隧道覆土有效内摩擦角。
根具经验，地面横向沉陷槽宽度W/2≈2.5i。
根据Peck公式估算得：
地表沉陷槽宽度最大约为20.0m~42.0m，取45m，故对在施工影响范围内（左、右线中线两侧各45m）的所有地面建（构）筑物进行调查，特别是30m以内的建（构）筑物，调查的重点是五层（含五层）以上的建筑物，对该范围内业主未提供详细资料的建筑物要详细调查清楚，对已有资料的要进一步核实，没有资料的要全面调查。
因此，我们对在施工影响范围内（左、右线隧道轮廓线以外两侧各40m）的所有地面建构筑物进行调查。
调查的重点是文物保护单位、历史建筑、武大铁路及长江防洪堤等，尤其是对位于隧道上方和距左、右隧道中线30m范围内的没有详细资料的建构筑物进行详细调查，并确定重点保护对象。
调查显示周边30m范围以内共涉及5层及以上建筑物29座，其中位于盾构隧道上方的5层及以上建筑物共计14座。
另外位于开挖轮廓线15m范围之内的建筑物共计15座，其它建筑距开挖边界均在15m以外。
（2）明挖基坑工程
基坑施工影响范围取决于地层性质、基坑开挖深度（H）及宽度、墙体入土深度、下卧软弱土层、深开挖支撑施工方法等因素。
根据经验，对于软土地区，基坑施工引起的地表沉降范围一般为（1～4）H，其中距基坑2H为主要影响范围，在施工前对此范围内建（构）筑物进行详细的调查。
11.1.2调查内容
建（构）筑物调查内容包括：
建（构）筑物名称、位置、用途、层数、建造时间、结构类型、基础类型、基础深度、尺寸及其与隧道的相对位置关系。
其中基础调查是重点。
调查时包括对已有或已提供资料的进一步核实。
11.1.3调查方法
为详细调查沿线建构筑物，成立专门的建筑物调查组。
调查组配备人员包括：
专业工程师、土地测量员。
通过走访建筑物业主等有关单位，收集受调查建筑物（特别是深基础）的有关设计和竣工资料，实地观测、测绘等方法来完成调查工作。
11.1.4重要建（构）筑物调查成果
根据工程施工对建（构）筑物影响程度，初步确定一些重要建（构）筑物，施工过程中采取严密的措施保证建筑物的安全。
施工影响范围主要建（构）筑物调查结果详见表12-1-1。
长江隧道施工影响范围内的重要建（构）筑调查表表12-1-1
名称
编号
楼层
结构
基础
与隧道
与隧道位置关系
类型
深度（m）
规格
边线距离（m）
武汉理工大学宿舍楼
G6
5
砖混
整板
4.385
明挖隧道西侧
武汉理工大学实验楼
G8
7
砖混
整板
2
右线隧道上方
武汉理工大学电教楼
G10
5
砖混
条基
1.5
左线隧道上方
省电力公司技校教学楼
G12
6
砖混
左、右线隧道之间
武汉轮渡公司宿舍楼
G17
6
砖混
桩基
≈10
右线隧道西侧
华安医药有限公司综合楼
G18
7
框架
整板
≈3
左、右线隧道之间
长江船舶设计院宿舍楼
G23
5
砖混
条基
1
右线隧道上方
长江船舶设计院宿舍楼
G24
5
砖混
条基
1.5
左、右线隧道之间
省电力公司技校办公楼
G26
5
砖混
左线隧道东侧
省棉花公司宿舍楼
G28
6
砖混
条基
0.95
右线隧道上方
长江航道工程局宿舍楼
G30
7
框架
静压桩
11
左线隧道东侧
江岸区第二房管所宿舍楼
G39
6
砖混
条基
2.5
右线隧道西侧
长江航务管理局宿舍楼
G43
8
砖混
条基
1.8
左线隧道上方
武汉港口集团宿舍楼
G44
5
砖混
条基
1.6
左、右线隧道之间
北京路幼儿园
右线隧道西侧
电信广场
4.410
“U”槽段西侧
平和打包厂
Y4
4
钢混
2.01
右线隧道西侧
英文楚报馆
Y6
5
钢混
7.5
明挖隧道西侧
鲁兹故居
Y10
2
砖混
左线隧道上方
江南江堤
钢混
天然
左线隧道上方
江北江堤
钢混
天然
左线隧道上方
武大铁路
钢混
天然
左线隧道上方
1.2建筑物变形控制标准与接近施工影响程度评价
11.2.1建（构）筑物对地表变形适应能力评估及变形控制标准
建筑物对地表沉降适应能力与建（构）筑物的形状尺寸、基础类型、地基的土层构成与性质等有关，在建（构）筑物调查的基础上，对建（构）筑物对地表变形适应能力进行评估，根据建筑物对变形的适应能力与有关施工经验提出其沉降与倾斜控制标准。
一般建筑物下沉倾斜控制基准根据有关标准制定，各类建筑物的允许倾斜和沉降值见第十一章第§2节“施工监控量测”中“2.5控制基准值“中的表11-2-5。
对于重要建（构）筑物，控制标准根据联合体施工经验制定（见表12-1-2），在施工前由建设、设计、监理、施工、业主、监测等有关部门共同商定，列入监测方案，并根据实际监测成果进行调整。
重要建（构）筑控变形控制标准表表12-1-2
名称
编号
楼层
结构型式
沉降值（mm）
倾斜（‰）
横向
纵向
武汉理工大学宿舍楼
G6
5
砖混
50
0.002
0.002
武汉理工大学实验楼
G8
7
砖混
50
0.002
0.002
武汉理工大学电教楼
G10
5
砖混
50
0.002
0.002
省电力公司技校教学楼
G12
6
砖混
50
0.002
0.002
武汉轮渡公司宿舍楼
G17
6
砖混
50
0.002
0.002
华安医药有限公司综合楼
G18
7
框架
50
0.002
0.002
长江船舶设计院宿舍楼
G23
5
砖混
50
0.002
0.002
长江船舶设计院宿舍楼
G24
5
砖混
50
0.002
0.002
省电力公司技校办公楼
G26
5
砖混
50
0.002
0.002
省棉花公司宿舍楼
G28
6
砖混
50
0.002
0.002
长江航道工程局宿舍楼
G30
7
框架
75
0.005
0.005
江岸区第二房管所宿舍楼
G39
6
砖混
50
0.005
0.005
长江航务管理局宿舍楼
G43
8
砖混
50
0.002
0.002
武汉港口集团宿舍楼
G44
5
砖混
50
0.002
0.002
江岸区教育局宿舍楼
G46
5
砖混
50
0.002
0.002
省棉花总公司宿舍楼
G47
8
砖混
75
0.002
0.002
北京路幼儿园
砖混
30
0.002
0.002
电信广场
50
0.002
0.002
平和打包厂
Y4
4
钢混
30
0.002
0.002
英文楚报馆
Y6
5
钢混
30
0.002
0.002
鲁兹故居
Y10
2
砖混
20
0.002
0.002
江南江堤
钢混
50
0.005
0.01
江北江堤
钢混
50
0.005
0.01
武九铁路
20
0.001
0.001
11.2.2接近施工影响程度判断与评价
由于地下工程施工使周围地基的应力得到释放，或受到附加应力的影响而使地基发生下沉或隆起，这种地基变形对地面建（构）筑物影响程度，与地面建（构）筑物的间距、相互之间的地基土性质、已有建（构）筑物的结构条件、基础型式等有关（与对地表变形适应能力有关）。
因此，判断接近施工的影响程度，一般看地下工程开挖引起的地基变形影响区域达到已有建（构）筑物地基的什么位置来判断，并根据影响程度进行分级。
分级时，并考虑工程与已有建筑物的位置关系、间距、地基的性质、已有建筑物的结构、重要程度、有人或无人设施等。
基于以上认识，将工程施工对已有建筑物的影响程度分为三级，本工程初步确定的一些重要建（构）筑物保护等级见表12-1-3。
影响程度为三级在施工过程中采用一般保护措施；二级除采用一般保护措施外，施工过程中根据监测情况采取跟踪注浆等保护措施，一级在施工前采取主动预加固或隔断保护措施，并在施工过程中根据监测情况进行跟踪注浆。
部分重要建（构）筑物与盾构隧道或基坑之间的位置关系见图12-1-2～图12-1-18。
重要建（构）筑接近影响程度分级表12-1-3
名称
编号
位置关系
重要程度
级别
保护措施
武汉理工宿舍楼
G6
图12-1-5~6
较重要
一级
静压方桩隔断保护
武汉理工大学实验楼
G8
图12-1-2
较重要
一级
旋喷桩隔断保护
武汉理工大学电教楼
G10
图12-1-4
较重要
一级
同上
省电力公司技校教学楼
G12
图12-1-10
较重要
二级
跟踪注浆
武汉轮渡公司宿舍楼
G17
图12-1-11
较重要
三级
一般措施
华安医药有限公司综合楼
G18
图12-1-11
较重要
三级
同上
长江船舶设计院宿舍楼
G23
图12-1-12
较重要
三级
同上
长江船舶设计院宿舍楼
G24
图12-1-12
较重要
三级
同上
武昌热电厂检修楼
G25
图12-1-10
较重要
三级
同上
省电力公司技校办公楼
G26
图12-1-15
较重要
三级
同上
省电力公司技校宿舍楼
G27
图12-1-13
较重要
三级
同上
省棉花公司宿舍楼
G28
图12-1-12
较重要
三级
同上
长江航道工程局宿舍楼
G30
图12-1-13
较重要
二级
跟踪注浆
江岸区第二房管所宿舍楼
G39
图12-1-14
较重要
三级
一般措施
长江航务管理局宿舍楼
G43
图12-1-17
较重要
三级
同上
武汉港口集团宿舍楼
G44
图12-1-17
较重要
三级
同上
北京路幼儿园
图12-1-7～8
较重要
一级
静压方桩隔断保护
电信广场
图12-1-8
一级
搅拌桩隔断保护
平和打包厂
Y4
图12-1-18
重要
一级
旋喷桩隔断保护
英文楚报馆
Y6
图12-1-9
重要
一级
树根桩隔断保护
鲁兹故居
Y10
图12-1-3
重要
一级
旋喷桩隔断与地基加固保护
江南江堤
图12-1-16
重要
二级
跟踪注浆
江北江堤
图12-1-16
重要
二级
同上
武大铁路
图12-1-3
重要
一级
扣轨、整道
图12-1-2G8及G8旁边建筑物与盾构隧道之间关系图
图12-1-2G8及G8旁边建筑物与盾构隧道之间关系图
图12-1-3鲁兹故居及武九铁路与盾构隧道之间关系图
图12-1-4G10及一旁建筑物与盾构隧道之间关系图
图12-1-5G6与明挖隧道之间关系图
图12-1-6G6与明挖隧道之间关系图
图12-1-7北京路幼儿园与明挖隧道之间关系图
图12-1-8北京路幼儿园及武汉电信广场与明挖隧道之间关系图
图12-1-9英文楚报馆与盾构隧道及基坑之间关系图
图12-1-10G12及G25与盾构隧道之间关系图
图12-1-11G18及G17与盾构隧道之间关系图
图12-1-12G23、G24及G28盾构隧道之间关系图
图12-1-13G27及G30与盾构隧道之间关系图
图12-1-14G39与明挖隧道之间关系图
图12-1-15G26与盾构隧道之间关系图
图12-1-16长江南北大堤与盾构隧道之间关系图
图12-1-17G43及G44盾构隧道之间关系图
图12-1-18和平打包房与盾构隧道及基坑之间关系图
1.3建（构）筑物的一般保护措施11.3.1制定变形控制标准
根据相关建筑物控制标准预测建（构）筑物变形控制标准（重要建（构）筑物控制标准见表）。
并根据建筑与工程之间的关系、地质条件等预测施工对建（构）筑物影响，据此制定保护措施。
11.3.2加强施工管理
（1）盾构隧道施工管理
保持开挖过程中水土压力平衡；减少开挖过程中对地层的扰动；管片壁后注浆管理；防止管片变形与渗漏水等是泥水盾构隧道环境保护的重要措施。
1）保持开挖过程中水土压力平衡
施工过程中加强泥水管理，并根据周围地层的渗透性调整泥浆性状，以保持泥水仓压力与开挖面水土压力平衡。
因此，有必要就泥浆管理、地层渗透性与泥浆性状的关系。
保持开挖面平衡主要措施：
出土量计量方法与控制；开挖面水土压力控制标准与监测；合理选择添加剂与添加量。
其中切口泥水压力值的设定是控制开挖面水土压力平衡的关键。
原则上根据下列公式计算的切口水压力的值进行控制，施工中按照地面沉降数据进行调整。
P=P1＋P2＋P3
=γw•h＋K0•[（γ-γw）•h+γ•（H-h）]＋20
P：
切口水压力（kPa）；
P1：
地下水压力（kPa）；
P2：
静止土压力（kPa）；
P3：
变动土压力，一般取20KPa；
γw：
水的溶重（kN/m3）；
h：
地下水位以下的隧道埋深（算至隧道中心）（m）；
K0：
静止土压力系数
γ：
土的溶重（kN/m3）；
2）减少开挖过程中对地层的扰动
开挖过程中盾构对地层的扰动主要是由于盾构掘进过程中盾构与地层的摩擦引起，因此在施工过程加强盾构机操作管理，特别是圆曲线、竖曲线段，减少盾构机偏转和横向偏移，防止蛇行发生。
3）加强管片壁后注浆管理
为防止盾尾间隙沉降与壁后注浆引起的地基隆起的发生，应根据地层状态选择渗透性好、固结强度大的壁后注浆材料，尽量采用同步注浆，加强注浆压力控制。
并根据沉降监测进行二次补强注浆，因此，根据本工程地质条件和隧道覆土厚度，就注浆材料适用性、注浆时间、注浆方法、合理注浆的压力与注浆量。
严格控制同步注浆量及浆液质量，通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形；通过二次注浆补偿地层损失引起的沉降和沉降差。
同步注浆材料采用单液浆，必要时可采用双液浆；二次注浆以膨润土水泥浆和单液水泥浆为主，
浆液配比、注浆参数根据地层条件和施工状况确定，由于工期及设备能力要求掘进速度较快，故浆液的凝结时间控制在12小时以内。
浆液的凝结时间通过改变添加剂的掺量进行控制，常用添加剂比例见表12-1-4。
添加剂掺量参考表表12-1-4
添加剂
掺量
膨润土
替代水泥10%～20%
稳定剂
2%～6%
减水剂
0～1.5%
缓凝剂
<3%
当地下水较丰富时，将浆液的凝结时间调整掘进一环时间，一般30～45分钟，必要时可采用C-S双液注浆。
Ø配合比
单液浆：
W∶C=0.6～1∶1
双液C-S浆：
A液（同膨润土水泥浆）∶B液（水玻璃35Be′）=1∶1～1∶0.3
为了提高注浆质量，须对主要注浆参数进行严格控制：
Ø注浆压力
理论上说注浆压力应略大于地层水土压力，一般同步注浆可由同步注浆控制系统根据地层特点及掘进状态自动控制，一般压力控制在0.2～0.4MPa，补强注浆压力控制在0.3～0.5MPa。
Ø注浆量
应根据盾构施工衬砌背后注浆的注浆量经验公式：
计算得出7.86m3。
实际注浆量控制在建筑空隙的120％～200％，即9.4～15.7m3。
施工中根据地表沉降情况确定。
Ø注浆速度
同步注浆速度应与掘进速度相匹配，即
其中
为掘进速度（cm/min），以获得对地层较为均匀的渗透。
4）防止管片变形与渗漏水
管片变形与地下水位下降是引起地表沉降主要原因之一，研究如何提供管片拼装质量与及接头防水具有重要的意义。
（2）明挖基坑施工管理
1）严格按照设计要求进行施工，确保施工质量；
2）基坑开挖充分考虑基坑开挖时的“时空效应”，控制围护结构产生过大变形，针对本工程基坑开挖遵循“先支后挖、分层、分段、对称、平衡、适时“的原则，严禁超挖，尽量缩短工期，减少暴露时间，确保基坑稳定，同时基坑开挖避开长江主汛期。
3）基坑止水采用垂直止水帷幕与水平止水帷幕相结合的方案，防止基坑渗漏水，并对基坑漏水做好应急处理措施。
4）根据基坑深度、宽度，水文地质条件确定合理的施工方案，并在施工过程中严格执行；当基坑变形或周边地层沉降有超过控制标准的趋势时，可采取坑外降水回灌、对建筑物采取动态跟踪注浆等施工措施。
（3）矿山法隧道施工管理
根据隧道跨度、埋深，水文地质条件及周围地下管线与建构筑物的具体情况确定合理的施工方案，超前支护与地层加固措施等，隧道开挖必须严格遵循浅埋暗挖施工方法的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针。
11.3.3加强信息化施工管理
（1）通过前监测
对于盾构隧道在穿过重要建（构）筑物前方区段，设置相应主监测断面，选择相关性好的监测项目，一般包括地表沉降、土体垂直、水平位移监测点、地下水位等监测项目，监测盾构施工过程中土体及地下水位（或孔隙水压力）的变形状况，综合分析盾构采用不同施工参数对地层的扰动情况，摸索不同盾构推进速度和泥水压力及盾构注浆工艺（同步注浆、二次注浆以及事后的跟踪注浆）对地层的影响，确定建筑物沉降预测准确性。
根据盾构通过前监测，分析盾构的特征、地质条件的不均匀性等预先研究时尚未确定的因素，以制定最佳的施工方法；定量掌握地基变形情况，事前验证通过建筑物的安全性；事前找出各监测项目的相关性，在通过施工时，选择合适的监测项目与监测频率。
对于暗挖隧道与明挖基坑施工同样根据通过前监测，分析施工对周围地表、地下水位等影响，优化施工方案。
（2）施工过程中监测
当监测值超过管理值时，立即停止施工，查明原因，同时根据监测结果，修正施工方法，采取应急对策等。
（3）施工后监测
在确定建（构）筑物变形稳定之前，继续监测其变形情况，直至其变形稳定，分析建（构）筑物稳定情况，据此确定是否采用相应的保护措施。
11.3.4采取辅助加固措施
根据已有建（构）筑物变形与地表沉降监测结果，如果超过安全控制值，则应在施工前在建（构）筑物四周或附近布设注浆孔，施工过程中，根据沉降情况适时施作地面跟踪注浆，直至建（构）筑物稳定状态。
1.4重要建（构）筑物保护
对于一些重要建（构）筑物自身对变形比较敏感，且施工对其影响较大，预测采用与建（构）筑物一般保护措施，达不到控制地表沉降与保护建（构）筑物安全的要求时，必须同时考虑采用辅助工法，对建筑物进行地基加固或进行隔断保护，针对不同的建筑物制定详细的保护方案，以保证地层稳定和建筑物安全。
11.4.1盾构隧道施工影响范围内重要建筑物保护
（1）加强盾构隧道施工管理
盾构施工管理措施主要有施工过程中水土压力平衡；减少开挖过程中对地层的扰动；管片壁后注浆管理；防止管片变形与渗漏水等。
（2）加强施工监测与信息化施工
通过施工监测：
加强对盾构隧道在穿建（构）筑物前方区段监测，根据盾构通过前监测，分析盾构的特征、地质条件的不均匀性等预先研究时尚未确定的因素，以制定最佳的施工方法；定量掌握地基变形情况，事前验证通过建筑物的安全性；事前找出各监测项目的相关性，在通过施工时，选择合适的监测项目与监测频率。
施工过程中监测：
当监测值超过管理值时，立即停止施工，查明原因，同时根据监测结果，修正施工方法，采取应急对策等。
施工后监测：
在暗挖隧道通过后或明挖基坑回填后，在确定变形稳定之前，继续监测其变形情况，直至其变形稳定，分析建（构）筑物稳定情况，据此确定是否采用相应的保护措施。
（3）制定可靠的主动预保护方案，考虑采用辅助工法对建筑物进行加固或进行隔断保护，以保证建筑物安全。
确定重要建筑物保护措施，如加固范围、质量、效果，制定详细的施工细则，以指导施工。
11.4.1.1鲁兹故居的保护措施
图12-1-19鲁兹故居保护方案图
鲁兹故居属省级文物保护建筑，为2层砖混结构，天然浅基础，对沉降比较敏感，沉降控制标准为20mm，倾斜控制标准2‰。
鲁兹故居位于左线隧道盾构顶部，覆土厚度7.5m，且距离右线隧道汉口工作井基坑边1.4m，为近距离接近施工，且施工过程中多次对其扰动，施工影响很大，保护等级为一级。
鲁兹故居与盾构工作井及盾构隧道之间的位置关系如图12-1-19。
图12-1-20鲁兹故居与盾构隧道纵断面位置关系示意图
综合分析基坑及盾构施工对鲁兹故居的影响，采用以下保护措施：
（1）基坑开挖充分考虑基坑开挖时的“时空效应”，控制围护结构产生过大变形，针对本工程基坑开挖遵循“先支后挖、分层、分段、对称、平衡、适时“的原则。
（2）基坑止水采用垂直止水帷幕与水平止水帷幕相结合的方案，防止基坑渗漏水，并对基坑漏水做好应急处理措施。
（3）加强盾构施工管理，确定合理的施工参数，保持开挖过程中水土压力平衡；减少开挖过程中对地层的扰动；加强管片壁后注浆管理；防止管片变形与渗漏水等。
（4）在施工过程前，采用旋喷桩隔断保护进行隔断及加固；并在施工过程中，进行跟踪注浆加固等保护措施，加固方案见图12-1-19。
（5）施工过程中，鲁兹故居地基的保护措施主要采用跟踪注浆加固方法，即事先在鲁兹故居周边布设注浆孔，施工过程中，根据沉
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