引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)規(guī)模的迅速壯大以及人口向城市集中的快速發(fā)展，對保持城市功能及交通所需的空間提出了更高的要求，地下空間，作為人類在地球上安全而舒適生活的補(bǔ)充空間，在經(jīng)濟(jì)及土地資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中占有愈來愈重要的地位，地下空間的利用和規(guī)模得到了日益拓展。

就浙江省而言，杭州地鐵的規(guī)劃已于2004年2月通過了專家評審，并且進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性的啟動階段。杭州地鐵1號線地下段除一部分車站擬采用明挖法、蓋挖法施工外，其它路段均采用盾構(gòu)法施工。作為一種高效的地下隧道專用工程機(jī)械，盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)成為城市地鐵、隧道建設(shè)中不可或缺的工具。盾構(gòu)法隧道區(qū)間主要分布于杭州主城區(qū)，沿線穿過繁華的商業(yè)鬧市區(qū)，建筑物及地下管道密集。但無論采用哪種盾構(gòu)建造隧道，都會引起不同程度的地面沉降和地層移動。地面沉降和地層移動達(dá)到一定程度時(shí)，就會影響周圍建筑物的安全和正常使用。

隧道對既有建筑物的影響主要是通過擾動周圍的土體，使周圍的土體應(yīng)力應(yīng)變發(fā)生的變化，從而影響既有建筑的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。隧道開挖引起的地表沉降及變形對周圍建筑物的損害主要表現(xiàn)為地表沉降損害、地表傾斜損害、地表曲率損害和地表水平變形損害。實(shí)際上，隧道開挖對于建筑物的破壞作用，絕不是只受單一種類的地表變形的影響，往往是幾種變形同時(shí)作用的結(jié)果。

目前城市地下鐵道往往不以單孔隧道形式出現(xiàn)，我國上海、廣州等地鐵大多數(shù)采用水平雙孔平行隧道，兩條隧道沿街道修建并排靠得較近，在盾構(gòu)進(jìn)行施工推進(jìn)時(shí)，施工方式不同，相互之間發(fā)生的作用也各不相同。例如有時(shí)為加快施工進(jìn)度，采用兩臺盾構(gòu)機(jī)相對推進(jìn)施工，如果不采取合理措施，在兩盾構(gòu)推得很近，特別是交匯處，相互作用將對周邊環(huán)境特別是建筑物產(chǎn)生較大影響。因此，分析并解決雙線隧道施工對已建建筑物的影響，并且保證建筑物的安全和正常使用成為急需研究的問題。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

·雙線隧道施工對建筑物的影響國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

Mroueh采用三維有限元方法對隧道與地表建筑物進(jìn)行了數(shù)值模擬，在隧道施工中考慮了建筑物的存在，并與另一種在計(jì)算隧道開挖引起的土體變形時(shí)忽略了建筑物存在的簡化方法進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，忽略了建筑物的自重會導(dǎo)致隧道開挖所引起的沉降計(jì)算結(jié)果明顯變小，但其并沒有模擬隧道施工引起建筑物地基反力變化的規(guī)律，同時(shí)也沒有考慮建筑物底板的存在，使得地表沉降在獨(dú)立基礎(chǔ)處產(chǎn)生明顯突變。

國內(nèi)學(xué)者如于寧等（2004）等運(yùn)用有限元法對雙線平行隧道施工進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明，隧道開挖后，對于建造在隧道上方的天然地基上的建筑物有較大影響，并且右邊隧道由于建筑物的作用而產(chǎn)生較大的內(nèi)力，需要采取一定的加固措施。但其在模擬分析中并沒有考慮基礎(chǔ)的存在，使得建筑物的內(nèi)力變化明顯過大，與實(shí)際情況不太相符。

畢繼紅等（2005）以深圳市軌道交通二期1 號線續(xù)建工程為例，應(yīng)用ABAQUS 程序?qū)?shí)際情況進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，揭示了在開挖右線工程的時(shí)對左線既有隧道產(chǎn)生的影響，包括地表沉降、應(yīng)力分布和襯砌變形及對地面建筑的影響。研究結(jié)果表明：從變形和受力兩個方面考慮認(rèn)為，隧道開挖后對于在隧道上方的天然地基上的建筑物有較大的影響，需要采取一定的加固措施。

石杰紅等（2006）選取某城市地鐵雙線平行盾構(gòu)隧道推進(jìn)為研究對象，采用FLAC3D數(shù)值模擬對不同施工方案時(shí)地表沉降量進(jìn)行比較。結(jié)果表明：同雙盾構(gòu)同時(shí)同向施工相比，采用單盾構(gòu)施工，完成后再對另一條隧道施工的方案對周圍構(gòu)筑物的影響最小。

彭暢（2008）利用有限元程序ABAQUS，對穿越武漢理工大學(xué)5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)電教樓下方的隧道盾構(gòu)掘進(jìn)采用三維數(shù)值分析方法進(jìn)行計(jì)算，模擬盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層變形和規(guī)律以及對隧道上部建筑物的影響。研究結(jié)果表明：上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)的位移有一定的約束作用，考慮上部結(jié)構(gòu)的沉降曲線呈現(xiàn)良好的連續(xù)性；地表建筑物的層數(shù)越高，建筑物附近地表沉降越大；雙線隧道開挖時(shí)，建筑物傾斜最大值可能出現(xiàn)在單線開挖的某一時(shí)段；隧道開挖過程中，建筑物由于基礎(chǔ)沉降不均勻可能在其垂直面和水平面內(nèi)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。

研究方向

對于受影響區(qū)域的建筑物特別是Ⅰ區(qū)的建筑物，為確定其受影響的程度以及是否需要采取措施和采取哪些措施，必須對已有建筑物進(jìn)行變形等預(yù)測分析，定量掌握建筑物受盾構(gòu)施工的影響程度。主要有兩種預(yù)測方法：一是將建筑物和地層分開考慮的隔離法；二是將建筑物和土層作為一個整體考慮的整體分析法。

1、隔離法

把建筑物和地基分開考慮，首先進(jìn)行地基變形預(yù)測分析，然后將盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地基變化作為建筑物的輸入條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。分析中，又可根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)情況分為兩種方法：

（1）將地層的變形作為建筑物的變形。該方法主要適用于剛度相對較小的柔性建筑物，如一般的多層建筑物。

（2）給結(jié)構(gòu)物施加相當(dāng)于地層變形而產(chǎn)生的土壓力。該方法適用于剛度大，變形受自身剛度影響大的結(jié)構(gòu)物。對于此類結(jié)構(gòu)物在進(jìn)行預(yù)測分析時(shí)，一般可以將盾構(gòu)施工時(shí)引起的地層變形對結(jié)構(gòu)物的影響，轉(zhuǎn)化為彈性作用力作用在結(jié)構(gòu)物上。因此，可用彈性地基梁模型進(jìn)行分析。

2、整體分析法

將土層和結(jié)構(gòu)物作為一個整體來進(jìn)行分析。一般需用有限元等數(shù)值方法進(jìn)行計(jì)算分析。分析中，因存在地層單元和結(jié)構(gòu)物分離的可能性，往往需在建筑物基礎(chǔ)和地基、管片襯砌和周圍土層之間設(shè)定特殊的接觸面單元。對盾構(gòu)施工工藝影響的模擬，通常要考慮開挖面壓力的模擬、盾尾間隙和注漿的模擬、管片襯砌的模擬。對于注漿可采用兩種方法來模擬：一是通過調(diào)整隧洞周邊地層釋放荷載的大小來反映灌漿遲早等注漿參數(shù)的影響；一是將灌漿開始時(shí)間、灌漿壓力、灌漿量等作為地層移動的影響因素，在確定盾尾空隙量時(shí)綜合反映其影響。

進(jìn)展情況

目前， 盾構(gòu)隧道施工過程和地面位移基本采用二位有限元模擬，但無法模擬開挖面土體的三維運(yùn)動。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相差較大。盾構(gòu)施工對建筑物的影響是一個動態(tài)發(fā)展的過程，盾構(gòu)的位置不同，地層的變形情況也不同，目前三維模型進(jìn)行模擬分析已經(jīng)廣泛應(yīng)用。但為了簡化分析，也可采用平面分析。同時(shí)，對建筑的影響分析時(shí)，通常考慮了以下工況：（1）建筑物接近開挖面時(shí)；（2）盾構(gòu)通過建筑物時(shí)；（3）盾尾脫出建筑物時(shí)。

存在問題

通過對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的分析表明，目前對于盾構(gòu)法施工與鄰近建筑物相互影響研究中存在的問題具體可歸納為以下幾個方面：

（1）在研究盾構(gòu)隧道對鄰近建筑物影響時(shí)，往往忽略了上部建筑物的存在，使得研究結(jié)果與實(shí)際情況有所不同。特別是對于隧道開挖引起的地表沉降，由于建筑物與基礎(chǔ)是一個整體以及上部建筑物存在剛度，不能只考慮基礎(chǔ)的存在來研究地表沉降。

（2）盾構(gòu)施工會引起不同程度的地面沉降和地層移動，從而導(dǎo)致建筑物的不均勻沉降甚至開裂。由于建筑物基礎(chǔ)形式的不同，盾構(gòu)施工對建筑物的影響也不相同。但現(xiàn)階段的研究主要集中在盾構(gòu)隧道對樁基礎(chǔ)的影響，并且在研究時(shí)沒有考慮基礎(chǔ)形式的不同。

（3）由于目前盾構(gòu)法隧道施工建造地鐵只在我國少數(shù)幾個城市實(shí)行，還沒有相關(guān)的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，也沒有關(guān)于建筑物的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，目前大多數(shù)國家都采用英國在Juhile延長線施工中對建筑物的評價(jià)原則和標(biāo)準(zhǔn)，但此標(biāo)準(zhǔn)中沒有把土體損失和建筑物損壞程度相結(jié)合，不能較好的指導(dǎo)工程實(shí)踐。因此，針對不同土質(zhì)制定盾構(gòu)隧道施工的相關(guān)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對隧道的設(shè)計(jì)、施工以及正常運(yùn)營都具有很重要的意義。

（吳成華單位：杭州市蕭山區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站；范偉單位：浙江久正工程檢測有限公司）