淺埋隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物的影響

（中交一公局海威工程建設(shè)有限公司 北京 101119）

淺埋隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物的影響

陳 勇

（中交一公局海威工程建設(shè)有限公司 北京 101119）

淺埋隧道開(kāi)挖施工對(duì)地表建筑物會(huì)造成一定的影響，其影響程度與淺埋隧道開(kāi)挖斷面尺寸、隧道埋深、施工方式以及隧道與地表建筑物之間空間相對(duì)關(guān)系息息相關(guān)。本文研究過(guò)程中以我國(guó)某一淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)為例，分析過(guò)程中收集和整理了眾多的可變參數(shù)，進(jìn)行了力學(xué)模型建設(shè)，從而進(jìn)一步了解了隧道圍巖的變化規(guī)律，科學(xué)評(píng)判隧道工程項(xiàng)目建設(shè)對(duì)地表建筑物的影響。

淺埋隧道；開(kāi)挖；地表建筑物；影響

引言：淺埋隧道施工過(guò)程中對(duì)地表建筑物的影響必須要給予高度重視，但是現(xiàn)階段相關(guān)研究理論還不夠完善。實(shí)際施工階段可以在分析影響區(qū)域的基礎(chǔ)上落實(shí)相應(yīng)的措施，避免淺埋隧道施工對(duì)地表上部建筑應(yīng)用安全造成影響。

1.工程概況分析

本文舉例淺埋隧道建設(shè)工程應(yīng)用了雙洞單線隧道結(jié)構(gòu)形式，單洞隧道開(kāi)挖的最大跨度是9.5米，高度在十米以上，雙洞之間的間距控制在了5-9范圍內(nèi)。淺埋隧道施工線路會(huì)穿過(guò)工廠和民用建筑等眾多建筑群體，需要注重的是其中很多建筑物埋深程度較低，應(yīng)用的是天然基礎(chǔ)與預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)對(duì)地表建筑物應(yīng)用安全性和穩(wěn)定性有著較深程度影響。淺埋隧道施工需要穿越的土層地質(zhì)條件復(fù)雜，當(dāng)前淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)時(shí)隧道底部到地表范圍的土層主要是以麻巖為主。

2.建筑物結(jié)構(gòu)變位破壞評(píng)價(jià)指標(biāo)

地面與地下結(jié)構(gòu)本身都是具備一定的強(qiáng)度，所以它們本身也存在著相應(yīng)的安全系數(shù)，對(duì)于地面的不良位移情況是存在一定抵御能力的。在建筑工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中都會(huì)確定一個(gè)非常關(guān)鍵的系數(shù)，也就是建筑工程項(xiàng)目的允許變形系數(shù)。該系數(shù)具體指的是在不影響建筑工程應(yīng)用功能發(fā)揮，對(duì)建筑應(yīng)用安全不會(huì)造成任何負(fù)面影響下建筑變形所允許的范圍。一旦建筑工程項(xiàng)目應(yīng)用階段變形系數(shù)超過(guò)了這一范圍，那么建筑工程項(xiàng)目應(yīng)用就存在一定的危險(xiǎn)性。該系數(shù)是建筑工程項(xiàng)目建設(shè)施工方案制定的重要參照依據(jù)，同時(shí)也是建筑工程項(xiàng)目建設(shè)施工質(zhì)量與應(yīng)用安全評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。在淺埋隧道施工過(guò)程中可以結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用綜合分析的方式深入了解淺埋隧道施工對(duì)地表上部建筑應(yīng)用的影響程度。

建筑物整體沉降：現(xiàn)階段比較普遍存在的看法是建筑整體沉降對(duì)建筑物并不會(huì)造成破壞，當(dāng)然也不會(huì)對(duì)建筑物的健康應(yīng)用造成明顯干擾。整體沉降帶來(lái)的影響為可以提高隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)承擔(dān)的應(yīng)力荷載，會(huì)影響隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)用的安全性、穩(wěn)定性。為了保證建筑物和隧道工程都可以處于健康應(yīng)用狀態(tài)中，不僅需要結(jié)合以往淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)施工經(jīng)驗(yàn)，還需要依據(jù)當(dāng)前淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際情況，分析工程項(xiàng)目建設(shè)施工中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素。對(duì)于文本舉例淺埋隧道工程項(xiàng)目，綜合考慮下認(rèn)為地表建筑物整體位移程度需要控制在20mm范圍內(nèi)。

建筑物傾斜：地表建筑物對(duì)非均勻性沉降的敏感程度很高，很多地表建筑物會(huì)因非均勻性沉降導(dǎo)致建筑出現(xiàn)傾斜情況。通過(guò)文獻(xiàn)資料查閱了解到地表建筑傾斜的極限值為百分之二，但是考慮到淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)施工中會(huì)遇到很多突發(fā)因素，所以工程項(xiàng)目建設(shè)施工階段考慮對(duì)控制極限值進(jìn)行調(diào)整，將極限值下調(diào)至百分之一。

3.隧道工程項(xiàng)目建設(shè)對(duì)地表建筑物的影響范圍分析

淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)施工影響范圍劃分難度性較強(qiáng)，是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。淺埋隧道的斷面尺寸、施工方式以及施工區(qū)域的土質(zhì)條件都是需要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，除此之外還需要分析其他結(jié)構(gòu)物的影響。結(jié)合以往淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)案例分析，淺埋隧道工程項(xiàng)目埋深越大，那么淺埋隧道施工對(duì)地表建筑物的影響也就越小。本文研究中為了更深層次的評(píng)判淺埋隧道施工對(duì)環(huán)境可能造成的不良影響，研究了淺埋隧道施工對(duì)上部建筑應(yīng)用安全的影響規(guī)律，并且結(jié)合數(shù)值模擬的分析方式，了解不同類(lèi)型的淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)施工對(duì)地表建筑的影響程度。

3.1模型建設(shè)和計(jì)算參數(shù)

科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，很多先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件也逐漸產(chǎn)生，這些軟件為分析淺埋隧道施工對(duì)上部建筑應(yīng)用安全的影響程度分析提供了便利。本文研究中就應(yīng)用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)淺埋隧道施工進(jìn)行建模處理。應(yīng)用了Mohr－Coulomb彈塑性本構(gòu)模型。該模型的特性在于可以反映出剪切面正應(yīng)力與剪切力二者之間比值，通過(guò)比值分析了解巖土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。除此之外還可以用實(shí)體單元轉(zhuǎn)變?yōu)榭阵w單元的方式。支護(hù)結(jié)構(gòu)體系研究中錨桿與管樁研究存在著較大的差異性，分別應(yīng)用了cable、beam單元。文章中建設(shè)的模型主要是模擬了淺埋隧道開(kāi)挖施工階段和淺埋隧道初期襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)建設(shè)階段。結(jié)合工程項(xiàng)目建設(shè)前的地質(zhì)勘察報(bào)告，當(dāng)前淺埋隧道工程項(xiàng)目圍巖結(jié)構(gòu)更多是軟弱土層和中度風(fēng)化巖層，這與《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)圍巖參數(shù)具有一致性的特點(diǎn)。

3.2隧道與建筑物立面位置的關(guān)系分析

淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)施工區(qū)域內(nèi)建筑基礎(chǔ)寬度較大，其基礎(chǔ)寬度大都超過(guò)了十米，一些建筑的基礎(chǔ)寬度甚至達(dá)到了幾十米，本文研究中基礎(chǔ)寬度值設(shè)置為二十米。因?yàn)樗淼琅c基礎(chǔ)的平面位置會(huì)存在一定的差異性，隧道軸線與基礎(chǔ)中線二者之間的距離也有著多樣化的特性，一共包括了八種分別為：0、5、10、20、30、40、50m。

3.3計(jì)算結(jié)果分析

以基礎(chǔ)為淺基礎(chǔ)作為研究參照，結(jié)合不同淺埋隧道的埋深程度以及與平面位置之間的關(guān)系，一共設(shè)置了二十九種參考工況。限定與淺埋隧道埋深20m工況中部分計(jì)算結(jié)果。淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)施工時(shí)應(yīng)用常規(guī)性的掘進(jìn)方法，并且在淺埋隧道工程項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域上方?jīng)]有存在建筑物時(shí)，施工中淺埋隧道拱頂?shù)淖畲蟪两登闆r為41.9mm，上部地表出現(xiàn)的最大沉降為30.2mm。這一數(shù)據(jù)表明在沒(méi)有下穿地表建筑物時(shí)，淺埋隧道施工沉降在規(guī)定范圍之內(nèi)，最大沉降值也比較接近允許值界限。淺埋隧道下穿地表建筑師，地層會(huì)出現(xiàn)較大變動(dòng)，計(jì)算也無(wú)法進(jìn)行收斂。地表建筑物沉陷情況加強(qiáng)，圍巖結(jié)構(gòu)也處于非穩(wěn)定狀態(tài)下，需要應(yīng)用相應(yīng)的輔助措施。

4.隧道施工對(duì)既有建筑物影響范圍判定

當(dāng)建筑物為淺埋天然基礎(chǔ)時(shí)，29種工況下受隧道施工影響的建筑物最大傾斜率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。其中“collapse”表示計(jì)算結(jié)果不收斂，圍巖發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。根據(jù)前文確定的建筑物最大容許沉降20mm，表3中對(duì)于超過(guò)界限要求的數(shù)據(jù)應(yīng)用了粗線條進(jìn)行表示，表明了該建筑在淺埋隧道施工的影響范圍內(nèi)，在淺埋隧道施工階段需要對(duì)該建筑物需要落實(shí)一定的保護(hù)措施，這樣才能避免建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，保證建筑工程項(xiàng)目應(yīng)用的安全性，施工時(shí)還需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一定要將地表影響建筑物的允許變形指標(biāo)控制在合理范圍內(nèi)。保溫研究應(yīng)用了允許值的四分之一，將其作為淺埋隧道施工若影響分析的指標(biāo)。當(dāng)最大沉降處在5～20mm時(shí)，建筑物位于隧道施工的弱影響區(qū)，施工時(shí)須加密對(duì)該建筑物的監(jiān)控量測(cè)，并可根據(jù)實(shí)際工程中建筑物重要等級(jí)、基礎(chǔ)狀況及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)確定是否進(jìn)行加固或者施加輔助措施。按埋深不同，強(qiáng)影響區(qū)分別為0～15m，一般影響區(qū)15～30m。

結(jié)語(yǔ)：本文研究了淺埋隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物的影響范圍，工程項(xiàng)目建設(shè)施工中需要結(jié)合這一要求對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化和改良。明確淺埋隧道施工對(duì)地表建筑的影響程度，從而保證地表建筑與淺埋隧道施工的安全性。

[1]王剛,李俊松,張興剛.地鐵區(qū)間暗挖隧道下穿既有鐵路站場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì).2014(09)

[2]岳鵬飛,戴泉,何炬.盾構(gòu)施工下穿建筑樁基的影響研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì).2012(03)

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