赵博军 魏小娟
（中国水利水电第七工程局有限公司，四川，成都，610081）
【摘 要】在修建城市地铁的过程中，为了保证地上建筑物的安全，尤其是密集建筑群，需要对地表沉降进行严格的控制。本文解释实际地铁建筑工程，对暗挖隧道施工对地上建筑结构的影响进行了研究。
【关键词】地铁隧道暗挖；密集建筑物；影响研究
地铁修建工程中，对地表结构沉降量的控制一致是个难点，长期以来，国内外学者开展了大量的研究工作，探讨了地铁施工对地表沉降量的影响，通过施工过程的监测和控制，对建筑物的沉降量预测可以有效避免建筑物安全问题[1]。但是在施工对地表密集建筑物的影响方面研究较少，本文结合实际工程案例，在隧道开挖过程中应用上下段台阶和临时仰拱中立柱的方法，之后应用有限元分析对不同的工况进行计算，找出最科学的开挖方法。结果表明，采用旋喷桩隔离墙的方法处理隧道附近的土层，可以有效降低地表沉降量和隧道顶拱的沉降量，可以避免开挖工作对上部地表结构的影响。
1．工程概况
某市地铁2号线贯穿城市第一和第二圈层，和周围8条地铁交通线有连接，是构成该市城市交通网络的主干线。该线路暗挖区间多处通过多个密集建筑群体。本文研究的地段共包含15栋房屋，都为普通建筑群体。房屋采用砖混结构，高15-54层，基础结构为圈梁加3m深度的人工挖孔桩，不同的居民楼间含有污水管、供水管、水沟和化粪池等，埋深约2-3m。线路开挖的范围内包含较多的全风化和强风化的围岩，围岩的透水性较强，地段含有丰富的地下水。
2．隧道暗挖施工对地表建筑物的影响
2.1理论分析
结合实际状况，应用有限元分析软件建立暗挖隧道的计算模型，在明确边际效应的影响后，将模型的横向长度取作70m，轴向长度取作86m，纵向长度取作47m。在这个模型中，上表面为较广的自由边界，由于地表建筑物地带会受到房屋自重压力的影响，需要对两侧边界水平位移进行适当的约束，对下边界约束所有位移的自由度。地面密集建筑物之间的间距较小，结构类型相同，在模型研究中，应用均布载荷代替房屋的自重，将实际施工隧道上方的地表砖混结构的自重定为15kN/m3。初始应力场包含土体的自重，在不考虑浅埋隧道地层构造应力的应先下，垂直土压力为覆土层的重量，在水平方向上，土的压力可以表示为垂直方向上土的压力与侧向土压系数的乘积。在分析土层材料的过程中，应用Drucker-Prager 模型进行分析，其它材料选用弹性模型。针对注浆加固区域，采用环形实体单元进行模拟，将重度定为20kN/m3，将压缩模量定为12MPa，泊松比定为0.3。分析旋喷桩施工的过程中选用立方体实体单元，将弹性模量定为 2.5GPa，泊松比泊松比定为0.2，重度取为24kN/m3；。分析格栅钢拱架和喷射混凝土的过程中选用拱壳弹性单元模拟方法，将弹性模量定为 22.5GPa，泊松比取为0.2，重度取为24kN/m3。
结合工程实际可以看出，地表的密集建筑群体主要分布在暗挖隧道线路的右侧位置，本文将研究的重点集中在右侧线路。隧道中心线上方地表沉降曲线如图1所示。
图1 隧道中心线上方地表沉降曲线
其中工况1表示隧道上方可能受到开挖影响的15栋建筑不拆除，同时在分析房屋密集程度的基础上，隧道两侧的地层将无法采用旋喷桩进行加固。工况2表示隧道上方受到开挖过程影响的15栋建筑已经被拆除，隧道两侧的地层应用旋喷桩施工的方法进行加固。
由图1可以看出，工况1的中心线地表沉降主要集中在50~60mm范围内，靠近施工竖井的沉降量较大，施工竖井周围的最大沉降量为75mm。在工况2中，中心线地表沉降主要集中在20~30mm范围内，施工竖井周围的最大沉降量为38mm，隧道中心线上方地表最大沉降值减小幅度约50%，因此可以表明，应用旋喷桩隔离墙处理隧道附近的土层，可以有效抑制地表沉降[2]。
图5是右侧隧道拱顶沉降量的变化曲线。
图1 隧道拱顶沉降变化曲线
由图2可知，在开挖的过程中，不同的施工循环段会对土层加固区产生一定的影响，在详细分析地面建筑物密集程度的前提下，隧道开挖施工完成，隧道线路上端拱顶的沉降量会表现出波浪形[3]。在工况1状态下，隧道拱顶的沉降主要集中在75-120mm范围内，在于施工竖井相邻的位置沉降量较大，最大沉降量为154mm。在工况2中，隧道拱顶的沉降主要集中在45-80mm，与施工竖井相邻位置的沉降量较大，最大沉降量为108mm。与工况1相比，工况2的沉降量显著减小，说明应用旋喷桩隔离墙加固后可以缓解隧道拱顶的沉降。
2.2建筑物沉降分析
由于建筑群体中包含多个单体建筑，在工况1中，隧道正上方有15栋建筑，在模型研究中并没有将房屋拆除，现以右线隧道位置的8号建筑为研究对象，开展建筑物的沉降量分析，分别在建筑物的东北角和西南角选择A、B两点作为参考点，其中A点距离隧道较近，绘制沉降量变化曲线如图3所示。
图3 5号建筑物的沉降量变化曲线
由图3可以看出，随着隧道施工进度的推进，A、B两点的沉降量逐渐增大，之后又逐渐稳定，A、B两点的最大沉降量分别为58mm和 44mm。通过不同工况的对比分析，应用旋喷桩隔离墙对隧道进行加固，隧道正上方建筑拆除后可以有效抑制地表沉降，减小隧道开挖对临近建筑物的影响[4]。
3．结束语
在城市化建设进度逐渐加快的同时，地铁建设工程对地表密集建筑物构成了安全威胁，因此必须在评价建筑物沉降量的基础上开展隧道暗挖。本文结合实际工程案例，将地表密集建筑物作为研究对象，通过建模的方法明确开挖工程对地面建筑物的影响，模拟两种工况，可以得出如下重要结论。
应用旋喷桩隔离墙处加固隧道附近的土层，在模型研究中将隧道正上方的建筑拆除后可以减小地表沉降量和隧道拱顶的沉降量，可以有效抑制隧道暗挖对地面沉降的影响。应用旋喷桩隔离墙处加固隧道附近的土层，在模型研究中将隧道正上方的建筑拆除后可以减小隧道临近建筑的沉降量，避免隧道施工对临近建筑产生安全威胁。本文综合了隧道暗挖对地表密集建筑物沉降的影响研究，提供的研究方法可以为其它类似工程提供依据。
参考文献：
[1]李晨阳,邵炳辉,杨迅等.隧道周围建筑物对隧道盖板周围地表沉降的影响[J].中国高新技术企业,2015,(23):190.
[2]黄建玲,杨广武,徐会杰等.邻近暗挖地铁建筑物安全评价方法[J].中国铁道科学, 2014,30(2):77.
[3]魏纲,裘新谷,魏新江等.邻近建筑物的暗挖隧道施工数值模拟[J].岩土力学,2012, 30(2):54.
[4]徐恒国.地铁隧道暗挖施工变形预测控制技术研究[J].铁道标准设计,2010,(10):89.
论文作者:赵博军,魏小娟
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/13
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