秦宿鈞

(1.長沙市軌道交通集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410007; 2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410075)

0 引言

在軌道交通建設(shè)過程中，出現(xiàn)了越來越多的盾構(gòu)穿越地面建筑的工程，地鐵盾構(gòu)穿越城市密集區(qū)的機(jī)會和范圍越來越大，且沿線一般存在大量地下城市生命線工程和地上敏感建(構(gòu))筑物，盾構(gòu)就不可避免地需要從其下部和旁側(cè)近距離穿越。雖然在通常情況下盾構(gòu)法施工已經(jīng)能夠較好地預(yù)測并控制盾構(gòu)推進(jìn)對周圍環(huán)境所造成的影響。但是，在高靈敏度軟土地層中的盾構(gòu)施工對土體產(chǎn)生的擾動，會造成較大的地層移動，引起建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降及上部結(jié)構(gòu)的附加變形，可能導(dǎo)致建筑物開裂甚至破壞、倒塌。因此，為保護(hù)工程周邊臨近房屋的安全，在盾構(gòu)穿越過程中，對建筑物采取加固措施，實(shí)現(xiàn)真正意義上的微擾動施工，以控制建筑物的沉降。

1 工程概況

本工程盾構(gòu)將于建筑物臺階處側(cè)穿而過。該盾構(gòu)隧道與建筑位置平面示意圖如圖1，盾側(cè)近距離穿越建筑物的剖面圖如圖2，該建筑主體高5 層，上部采用磚木結(jié)構(gòu)，木樁基礎(chǔ)。從平面示意圖看，右線盾構(gòu)緊貼該建筑物前的臺階旁穿過;盾構(gòu)與木樁的水平凈距最小為3.95 m，左線盾構(gòu)樁基的水平凈距最小為13.15 m;木樁樁底標(biāo)高為－10.5 m，與隧道頂面的間距約為9 m。

圖1 盾構(gòu)與建筑位置平面示意圖

2 地質(zhì)條件

該建筑物木樁基底位于④層土中部。④層土為淤泥質(zhì)粘土，具有高含水量、高靈敏性、低承載力等特點(diǎn)，同時具有觸變性。盾構(gòu)掘進(jìn)位于其下部的⑤1層粘土層和⑤3 層粉質(zhì)粘土層中。具體土質(zhì)特征表見表1。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

3 數(shù)值模擬分析

盾構(gòu)隧道近距離穿越建筑物，在一定程度上相當(dāng)于隧道施工區(qū)域上方存在偏壓。建筑物的存在造成了隧道地表在施工過程中的位移發(fā)展趨勢不同于從建筑結(jié)構(gòu)正下方穿過時的位移趨勢。為了能更好地減少對建筑物的施工擾動影響，盾構(gòu)穿越前，擬在建筑物與盾構(gòu)右線之間進(jìn)行一排直徑為2.4 m 樁基，其樁頂標(biāo)高為－5 m，樁底標(biāo)高為－30.76 m。

為了研究盾構(gòu)穿越對地層以及地面建筑的影響，數(shù)值計(jì)算主要包括以下3 種情況:①不考慮地面上建筑物的情況;②考慮地面上建筑物無隔離樁的情況;③考慮地面上建筑物有隔離樁的情況。通過3 種情況數(shù)值計(jì)算的對比分析，可以進(jìn)一步分析盾構(gòu)隧道穿越對地面建筑的影響，以確定建筑物的加固方案和范圍。

3.1 計(jì)算模型

數(shù)值計(jì)算中，模型尺寸的邊界確定對結(jié)果的影響非常大，所選取的計(jì)算范圍足夠大，可能更大程度地消除邊界效應(yīng)的影響。然而，擬定的邊界過大會導(dǎo)致計(jì)算機(jī)配置要求過高以及計(jì)算耗時過長，因此，在邊界尺寸的確定時，既要考慮在幾何形態(tài)上要盡可能精確地描述實(shí)際工程，又能滿足正常的計(jì)算資源要求?？筛鶕?jù)PECK 沉降槽理論有沉降半寬B =2.5i，i 按照下式計(jì)算:中Z 為隧道埋深，φ 為土體內(nèi)摩擦角。最終計(jì)算模型范圍確定為:隧道左側(cè)至30 m，隧道右側(cè)有建筑，取至90 m。模型網(wǎng)格劃分如圖3所示。

圖3 模型網(wǎng)格圖

3.2 模擬結(jié)果

隨著盾構(gòu)的不斷掘進(jìn)，周圍土體受到施工擾動后開始產(chǎn)生各向的位移。在隧道橫斷面上，隧道左右土體均產(chǎn)生趨向隧道的水平位移;隧道上方土體由于填充建筑空隙而下沉;隧道開挖，土體自重減少產(chǎn)生土體豎向的卸荷效應(yīng)，隧道底部土體發(fā)生一定量的隆起。其將引起地層損失，進(jìn)而引發(fā)地表沉降，而地表沉降則是判斷施工安全的重要依據(jù)。

3.2.1 無建筑物工況

當(dāng)?shù)孛鏌o建筑荷載作用時，地層的變形基本上是沿著隧道軸線剖面對稱的。盾構(gòu)掘進(jìn)引起的沉降槽曲線與Peck 沉降槽曲線基本吻合，隧道軸線兩側(cè)的沉降曲線基本上關(guān)于軸線對稱如圖4，其地面沉降最大值為2.376 mm。

3.2.2 有建筑物無隔離樁工況

當(dāng)有建筑物無隔離樁時，根據(jù)圖5可知，因隧道右上方建筑物的影響，盾構(gòu)掘進(jìn)引起的沉降槽曲線與無建筑物情況下有所不同，其沉降槽并不對稱于隧道軸線，右側(cè)地面沉降值基本上要大于左側(cè)地面的沉降值，尤其是在建筑物內(nèi)側(cè)地面沉降值要遠(yuǎn)大于其隧道對稱于軸線右側(cè)的地面沉降值。其主要是因?yàn)榈乇斫ㄖ锏拇嬖?，對地基產(chǎn)生偏壓作用，使隧道右側(cè)的地基應(yīng)力比左側(cè)地基應(yīng)力要高，在盾構(gòu)掘進(jìn)時，土體各方向受力不平衡，其地基應(yīng)力根據(jù)荷載釋放進(jìn)行重分布，而應(yīng)力較大的地基處釋放荷載相對較多，因此，右側(cè)會表現(xiàn)出相對更大的沉降，其地面沉降最大值為2.398 mm，其建筑物傾斜最大值為1.921 mm。如圖6。

圖5 地面沉降曲線

圖6 建筑物傾斜

3.2.3 有建筑物有隔離樁工況

當(dāng)有建筑物有隔離樁時，根據(jù)圖7可知，因隔離樁的存在，盾構(gòu)掘進(jìn)引起的沉降槽曲線與有建筑物無隔離樁情況下有所不同，隔離樁右側(cè)建筑物范圍內(nèi)的地面沉降值有所減少，其沉降最大值位于建筑物與隔離樁之間，其主要是因?yàn)楦綦x樁的存在，對建筑物變形起了一定的保護(hù)作用，承受了建筑物所產(chǎn)生部分偏壓作用，使地基應(yīng)力進(jìn)行重新分布，同時有效地減少了因地面沉降引起的建筑物傾斜，其地面沉降最大值為1.473 mm，其建筑物傾斜最大值為1.088 mm。如圖8。

圖7 地面沉降曲線

圖8 建筑物傾斜

3.3 模擬計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)上述數(shù)值模擬計(jì)算得出各種工況地面沉降、隧道底部隆起和建筑物傾斜最大值，如表2。

表2 最大值統(tǒng)計(jì)表

對比上述計(jì)算結(jié)果，由于隧道埋深較大，地表沉降在隧道開挖施工過程中的沉降較小，遠(yuǎn)小于相關(guān)規(guī)范的要求控制沉降20 mm。因建筑物的存在，地表沉降槽的槽底向建筑物偏移。同時，對隔離樁的計(jì)算分析顯示隔離樁對地面沉降和建筑物傾斜均有較大的減小作用。但其計(jì)算結(jié)果并沒有考慮隔離樁施工對建筑物擾動影響。

4 結(jié)論

綜合上述分析，對比有無建筑物情況結(jié)果，在隧道埋深較大的情況下，有無建筑物地表沉降的變化較小，因此，在前期監(jiān)測地表沉降較小的情況下，可不施工隔離樁，應(yīng)可滿足建筑物的安全。并根據(jù)前一階段沒有地面建筑物情況下的地表沉降值來預(yù)測建筑物附近的地表沉降值，確定其加固范圍。

［1］劉建航，侯學(xué)淵.盾構(gòu)法隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，1991.

［2］程 驍，潘國慶.盾構(gòu)施工技術(shù)［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1990.

［3］夏才初，李永盛.地下工程測試?yán)碚摵捅O(jiān)測技術(shù)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1998.

［4］白廷輝，尤旭東，李文勇.盾構(gòu)超近距離穿越地鐵運(yùn)營隧道的保護(hù)技術(shù)［J］.地下工程與隧道，2000(3):2 －6.

［5］張志強(qiáng)，何 川.地鐵盾構(gòu)隧道近接樁基的施工力學(xué)行為研究［J］.鐵道學(xué)報(bào)，2003，25(1):92 －95.

［6］GB 50497 －2009，建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］.

［7］GB 5009 －2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［8］張飛進(jìn).地鐵工程中盾構(gòu)施工對既有結(jié)構(gòu)影響研究［D］.北京:北京工業(yè)大學(xué)，2006.

［9］姜忻良，崔 奕，趙保建.盾構(gòu)隧道施工對鄰近建筑物的影響［J］.天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，41 (6):725 －730.

［10］姜忻良，賈 勇，王 濤.近距離平行隧道盾構(gòu)施工對老隧道影響的數(shù)值分析［J］.天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，40(7):786 －790.