基于數(shù)值模擬的盾構(gòu)正穿建筑物相互影響分析

傅雅莉FU Ya-li

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州510000）

1 工程概況

南昌市軌道交通1號(hào)線一期工程八一館站～八一廣場(chǎng)站盾構(gòu)區(qū)間（CK14+418.597～CK15+373.550）單線長(zhǎng)954.953m，該區(qū)間段穿越老城區(qū)，沿線建構(gòu)筑物眾多，且區(qū)間周邊建筑年代久遠(yuǎn)，樁基大都未深入巖層，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。其中，青少年宮位于中山路與百花洲路三叉路口東北側(cè)，中山路75-77號(hào)，主樓為10層砼結(jié)構(gòu)，裙房為4～7層混合結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為400×400預(yù)制方樁，樁長(zhǎng)12.0m，樁底標(biāo)高5.6～6.8m，樁底位于砂礫卵石層。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

八～八區(qū)間地層巖性由人工填土（Qm l）、第四系全新統(tǒng)湖積層（Q4l）、第四系上更新統(tǒng)沖積層（Q3al）、下部為第三系新余群基巖（Exn）等4個(gè)巖層組成。自上而下依次劃分為①1雜填土層、②1粉質(zhì)粘土、③3中砂層、③6圓礫層、③5礫砂層、⑤1泥質(zhì)粉砂巖。盾構(gòu)隧道主要穿越地層以⑤1-2中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為主。局部穿越③6-j礫砂、⑤1-1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、⑤1-3微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

3 盾構(gòu)下穿建筑物的模型分析

3.1 模型建立 選取少年宮建筑L型框架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化處理，將建筑上部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成地上6層和11層框架結(jié)構(gòu)。

為消除模型邊界效應(yīng)影響，計(jì)算范圍取3～5倍洞徑，故模型尺寸為：橫向60m，豎向頂部取至地表，共46m，縱向（隧道掘進(jìn)方向）長(zhǎng)100m。模型中，土層采用實(shí)體單元模擬，選用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型，樁基承臺(tái)基礎(chǔ)及管片采用實(shí)體單元模擬，選用各向同性彈性本構(gòu)模型，梁和柱均采用beam單元，樁采用pile單元。

模型的邊界條件：左、右兩邊x方向水平約束，前、后y方向水平約束，底部z方向豎向約束，上表面自由。

計(jì)算分析中，根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)資料和相關(guān)規(guī)范，采用如表1所示的圍巖物理力學(xué)參數(shù)。

圖1 青少年宮平面圖

表1 主要圍巖物理力學(xué)參數(shù)

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 地層變形分析 為了分析盾構(gòu)隧道掘進(jìn)施工對(duì)上部既有南昌市少年宮建筑的影響分析，選取具有代表性的3個(gè)斷面進(jìn)行分析，斷面位置如圖2所示。

圖2 選取的典型斷面布置示意圖

其中，斷面a（Y=72.5m）位置主要為盾構(gòu)隧道開始進(jìn)入上部建筑區(qū)域，斷面b（Y=51.5m）位置為盾構(gòu)隧道位于建筑物中部，斷面c（Y=30.5m）位置主要為隧道掘進(jìn)掌子面將要離開建筑物。

圖3表示的是盾構(gòu)隧道施工完成之后整體沉降云圖。

圖3 整體沉降云圖（單位：m）

從圖3可以看出，盾構(gòu)隧道施工引起周圍一定范圍內(nèi)地層移動(dòng)，并延伸至地表，產(chǎn)生明顯的沉降槽，最大沉降值可達(dá)4.0～5.0cm。此外，受建筑物樁基礎(chǔ)及施工順序的影響，在穿越建筑物段，橫斷面上沉降具有顯著不對(duì)稱性。

3.2.2 青少年宮建筑結(jié)構(gòu)影響分析 隧道開挖對(duì)土體擾動(dòng)，使臨近建筑物地基可能產(chǎn)生不均勻沉降，這是建筑物發(fā)生傾斜的主要原因。嚴(yán)重傾斜不僅影響建筑工程的正常使用，而且危及工程安全。

由圖4和圖5顯示，建筑物邊柱的橫向傾斜位移隨著盾構(gòu)施工掘進(jìn)逐漸增大，頂部測(cè)點(diǎn)E橫向傾斜位移最大為-91.94mm，基本接近規(guī)范允許值，比較危險(xiǎn)。

圖4 邊柱頂部測(cè)點(diǎn)橫向傾斜位移隨隧道開挖變化曲線圖

圖5 邊柱頂部測(cè)點(diǎn)縱向傾斜位移隨隧道開挖變化曲線圖

青少年宮邊柱的縱向傾斜變化基本一致，縱向傾斜量較大主要發(fā)生在右線隧道下穿建筑后50m到左線隧道開挖至35m的過(guò)程中，對(duì)比橫向傾斜位移，縱向傾斜位移受隧道施工影響較小，縱向傾斜位移最大為邊柱GH上的測(cè)點(diǎn)G，其值為-26.3mm，此后隨著隧道穿過(guò)建筑物后，由于隧道施工引起地層局部擾動(dòng)，建筑物縱向傾斜位移又逐漸增大。

地鐵隧道下穿青少年宮施工過(guò)程中，建筑物存在區(qū)域的傾斜位移接近允許值。從各點(diǎn)的傾斜值差來(lái)看，建筑物橫向及縱向位移均表現(xiàn)出不均性，可能在其垂直面和水平面內(nèi)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，導(dǎo)致墻體出現(xiàn)裂縫，從而建筑存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

青少年宮受盾構(gòu)雙線下穿影響，地層存在二次擾動(dòng)，其隧頂巖層覆蓋約為2m，上部的富水礫砂圓礫層自穩(wěn)性極差，在盾構(gòu)穿越過(guò)程中將對(duì)建筑物造成較大影響，存在高風(fēng)險(xiǎn)，需提前進(jìn)行加固處理。建議：①建筑物南端部分采取雙液注漿隔離；②在左右線隧道穿越建筑物出入口附近，對(duì)隧道及附近松散土體進(jìn)行加固；③右線先行，然后進(jìn)行洞內(nèi)深孔注漿，隧道采用特殊管片。

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