杭州市市政公用建设开发公司 浙江杭州
摘要：城市中心区修建明挖法隧道，一贯采用内撑式桩墙深基坑围护结构，设计中通常忽略了对地下连续墙掏槽和筑墙过程的数值模拟分析过程，缺乏全面的该阶段土体变形对临近建筑物安全影响程度的数据，从而难以找到既经济又合理的保护方案，本文以杭州市城西某交通隧道为例，通过对地下连续墙掏槽和筑墙过程的数值模拟分析，探索该地土体变形的机理，分析影响临近建筑物安全的因素，通过对地墙槽壁加固前后土体变形量的分析对比，阐明槽壁加固对临近建筑物安全保护的作用。
关键词：隧道 深基坑 地墙槽壁加固，临近建筑物，安全保护
1 前言
杭州市为城市西部规划了一条桥隧结合的主干道工程，道路北侧为政府员工和大学老师的居住小区，南侧有商业建筑，由于道路用地红线的限制，使得隧道难以远离北侧民用建筑物，临近居民对工程建设持反对意见，工程一度停工，通过多级别协调，业主方才同意设置隧道深基坑试验段，通过施工期间位移监测，验证对临近建筑物安全保护技术措施的合理性。
试验段布置在远离建筑物的地段，监测内容包括地面沉降、土压力、孔隙水压力、深层水平位移等，监测工作覆盖从试验段准备到隧道覆土施工的全过程，监测成果表明，以上四项监测数据变化与报警值相差甚远，变化值集中出现在地下连续墙掏槽过程中，由于施工期间未处理好振动和噪音扰民问题，居民产生了恐慌和强烈的反感情绪，加之周边地面、建筑物与入口踏步出现裂缝等现象，居民的反对行动难以平息，工程依然停顿，建设各方经过计算分析和研究比选，提出在原保护措施的基础上增加槽壁加固技术措施，经过专家论证，居民代表方才同意在原位开展施工。
本文通过对地墙槽壁加固前、后工况的数值模拟分析和成果的比较，分析在厚层流塑状淤泥质黏土地区修建明挖法隧道工程，其地墙掏槽和筑墙过程中的土体位移变化规律，阐明槽壁加固对保护临近建筑物安全发挥的重要作用。
2 地下连续墙掏槽施工效应数值模拟分析
2.1 工程概况
该道路被规划为城市主干道，道路红线宽度42m，设计车速60km/h，隧道位于道路下方，隧道长约1.3km，宽度约22m，结构为双箱式矩形型式，采用明挖施工法，深基坑围护结构采用内撑式地下连续墙，横隔墙间距70m，深基坑影响范围内有六幢民用建筑物，为六至十二层不等的框架结构，群桩基础，2006年竣工，距离最近的建筑物高度为38m（12层），桩基采用预制管桩，桩底深度40m，桩与基坑边缘距离为15m。
国家《建筑地基基础设计规范》［1］关于这种建筑物的地基最终变形允许值规定为沉降量≤200mm，整体倾斜≤0.003，由于未能收集到该建筑物完工时高程及倾斜资料，难以估算建筑物工后沉降量和初始倾斜值，参考类似工程及参照上海地区《基坑工程施工监测规范》［2］的监测特级标准，制定的报警值如下表。
2.2地下连续墙掏槽筑墙施工效应数值分析
2.2.1模型选取
计算模型大小为30mx50mx40m，模型中土体本构模型采用D-P模型，根据本工程地勘报告选取土层物理力学参数，掏槽施工中，护壁泥浆液面高度应高于地下水位，故不考虑地下水渗流效应。
从图4和图7可知，掏槽过程中土体水平位移值呈现与地墙距离越近值越大的规律，水平位移值随深度的变化规律是：越靠近地面位移值越大，从土体位移值回归直线的斜率可以得知土体位移对建筑物桩基产生倾斜影响的程度，距离槽边5m处土体位移回归直线的斜率分别为0.00065（未加固槽壁）及0.00056（加固槽壁），距离槽边15m以外土体位移回归直线的斜率为0（槽壁加固前后两种情形等同），说明倾斜位移随着与槽边距离增加而变小，以及槽壁加固后倾斜位移值变得更小。
图5和图8显示的是地墙浇筑后的情况，距离槽边5m处土体位移回归直线的斜率分别为0.0004（未加固槽壁）及0.00055（加固槽壁），筑墙过程对土体产生反向作用力，这种正、反两个方向作用对土体产生反复扰动，使土中桩基础受到“摇动”；再看筑墙前、后数据变化，距离槽边5m处土体水平位移回归直线斜率差值分别为0.00025（未加固槽壁）、0.00001（加固槽壁），槽壁加固后的差值比槽壁加固前的差值小了一个数量级，说明槽壁加固在限制土体受反复扰动方面起到了较大作用，从而降低了掏槽筑墙过程对建筑物桩基产生的不利影响程度。
从图6和图9的数据得知，槽壁加固前、后的地表沉降值呈现下降趋势，说明槽壁加固的保护作用是全方位的，另外槽壁加固对掏槽过程中的槽壁坍塌和土体流失起到限制作用，这在数值分析中并未考虑。
数值模拟分析过程中未能考虑时间因素，参照太沙基提出的一维固结理论，土体在某一时刻的变形量与固结历时时间存在很大的关系，土体的变形并不是如同模拟分析表现出来的实时效应，而是一个长期的变化过程，同时模拟分析中发现，地墙浇注之后土体变形立即停止，并且向背离地墙的方向发展，由于，实际施工过程中，地墙的掏槽和混凝土浇筑时间较短，未给土体变形留有足够长的时间，因此，地墙掏槽期间，实际土体位移量应该小于设计土体位移量。
当然，地墙掏槽、筑墙过程仅是隧道和基坑施工的其中一个工序，并且产生的位移值仅占一部分，建设各方为了对临近建筑物安全负责，要求设计单位对隧道工程及临近建筑物建立数据模型，展开数值模拟分析，以下是其中一步工况的计算结果。
从图10可以看出，隧道基坑开挖回填完毕后建筑物的最大差异沉降值仅为0.73mm。
隧道工程竣工后的位移监测结果：建筑物差异沉降最终累计值为-3.3mm，建筑物最大倾斜累计值为0.0002，建筑物附近测斜孔最大水平位移累计值为35mm（靠近地表），所有位移值均小于表1的报警值。
3结论
城市中心区修建深基坑工程经常造成临近建筑物沉降、管线变形破坏等安全和民生问题，产生不良的社会影响，临近建筑物安全保护成为深基坑工程建设的棘手问题，本文以隧道深基坑临近建筑物安全保护问题为对象，通过理论和实测的方法，尝试了深基坑地墙槽壁加固对临近建筑物安全保护的重要作用，为类似深基坑工程设计提供参考。
根据本文研究结果，得到以下几点结论：
1）在城市中心区修建深基坑工程，其位置尽量远离民用建筑物，理由是引起建筑物变形值与距离有关，施工引起的振动幅度与距离有关；
2）地墙的掏槽、筑墙过程引起的土体位移不可小觑，应尽量缩短此工序的施工时间；
3）在厚层杂填土和流塑状淤泥质粘土地区修建泥浆护壁法地墙，建议采用掏槽加固措施，并且槽壁加固体达到设计强度后方可掏槽施工；
4）槽壁加固深度应穿透流塑状淤泥质粘土层；
5）位移监测应自始至终跟进。
参考文献：
［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50007-2011.《建筑地基基础设计规范》.北京.中国建筑工业出版社.2011.
［2］上海市建设和交通委员会.DB/TJ08-2001-2006.《基坑工程施工监测规范》.上海.2006.
论文作者:仇泽
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/2
标签：建筑物论文; 位移论文; 隧道论文; 体位论文; 基坑论文; 数值论文; 深基坑论文; 《基层建设》2017年第21期论文;