空間交叉隧道下穿地表建筑物沉降分析

張涵，舒東利

（中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 土建三院，四川 成都 610031）

空間交叉隧道下穿地表建筑物沉降分析

張涵，舒東利

（中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 土建三院，四川 成都 610031）

成昆線由于線路選線、政府規(guī)劃等原因，冉家灣隧道D6K585+006—+060段下穿攀枝花市三線建設(shè)博物館，上跨保安營隧道，呈空間交叉狀。由于其復(fù)雜的空間位置關(guān)系，兩隧道施工均會(huì)對(duì)地表沉降產(chǎn)生影響，通過資料調(diào)研對(duì)空間交叉隧道下穿地表建筑物的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，通過FLAC 3D有限差分軟件對(duì)下穿地表建筑物沉降進(jìn)行數(shù)值模擬，得出冉家灣隧道下穿博物館沉降滿足相關(guān)規(guī)范要求。

空間交叉隧道；下穿建筑物；地表沉降；控制標(biāo)準(zhǔn)

我國鐵路建設(shè)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到隧道下穿建筑物情況[1-4]，但空間交叉隧道下穿建筑物的情況較少，其空間位置復(fù)雜，相互影響較大，空間交叉隧道施工過程中采取相應(yīng)加固措施控制建筑物沉降是保證安全施工的基礎(chǔ)。以成昆線冉家灣隧道、保安營隧道下穿攀枝花三線建設(shè)博物館（簡稱三線博物館）為例，對(duì)空間交叉隧道下穿建筑物的沉降值及其控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。

1 工程概況

冉家灣隧道于金沙江南岸省道上方、在建麗攀高速公路下方進(jìn)洞，經(jīng)過阿署達(dá)村，下穿攀鋼集團(tuán)尾礦庫及三線博物館后，于五十一中學(xué)東面攀枝花市涂料廠附近出洞，隧道起訖里程D6K572+891—D6K585+652，全長12 761 m，最大埋深約620 m。

D6K584+600—D6K584+900段下穿攀枝花市三線博物館，該段最小埋深約44 m。冉家灣隧道下穿三線博物館的同時(shí)與保安營隧道空間相交，其最小凈距7.99 m，空間位置關(guān)系見圖1。

圖1 冉家灣隧道下穿博物館上跨保安營隧道空間位置關(guān)系

跨度較小斷面常采用全斷面法或臺(tái)階法開挖；跨度較大斷面常采用臺(tái)階法或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，3種施工工法比較見表1。

表 1 3種施工工法比較

保安營隧道初支厚度22 cm，二襯厚度45 cm，隧道高度H為9.06 m，隧道跨度B為6.59 m。初支噴射混凝土標(biāo)號(hào)C25，二襯混凝土標(biāo)號(hào)C35，主筋配筋φ18@250。保安營隧道跨度較小，經(jīng)初步比選采用臺(tái)階法開挖較為合理。

冉家灣隧道初支厚度27 cm，二襯厚度50 cm，隧道高度H為11.57 m，隧道跨度B為12.96 m。初支噴射混凝土標(biāo)號(hào)C25，二襯混凝土標(biāo)號(hào)C35，主筋配筋φ25@400。冉家灣隧道跨度較大，經(jīng)初步比選采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工較為合理。

冉家灣隧道實(shí)際施工采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，循環(huán)進(jìn)尺1 m，保安營隧道實(shí)際施工采用臺(tái)階法施工，冉家灣隧道、保安營隧道施工工序見圖2、圖3。

2 沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于沉降控制標(biāo)準(zhǔn)可參考相關(guān)的監(jiān)控量測規(guī)范，DB 11T490—2007《地鐵工程監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)范》[5]中，對(duì)地表沉降的控制標(biāo)準(zhǔn)為30 mm。地鐵工程地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)見表2。

GB 5007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中[6]，對(duì)地表沉降的控制為不大于200 mm。建筑地基基礎(chǔ)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)見表3。

北京地區(qū)根據(jù)建（構(gòu)）筑物的類型及高度等因素，制定相關(guān)的地方建（構(gòu)）筑物變形控制標(biāo)準(zhǔn)（見表4）。對(duì)于一般建（構(gòu)）筑物的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)按表4選用，對(duì)于年代久遠(yuǎn)、列入文物保護(hù)的建（構(gòu)）筑物應(yīng)進(jìn)行專題研究，確定其控制標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于本工程，地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)取20 mm。

通過以上對(duì)規(guī)范的研究分析，北京地區(qū)臨近建（構(gòu)）筑物的地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格，冉家灣隧道下穿三線博物館的地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)可以此為參考并進(jìn)行分析。

圖2 冉家灣隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工工序

圖3 保安營隧道臺(tái)階法施工工序

表2 地鐵工程地鐵沉降控制標(biāo)準(zhǔn) mm

表3 建筑地基基礎(chǔ)沉降控制標(biāo)準(zhǔn) mm

表4 北京地區(qū)建（構(gòu)）筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

3 下穿建筑物沉降分析

3.1 計(jì)算模型

采用FLAC 3D有限差分軟件模擬隧道的施工開挖過程，建立隧道的模型（見圖4、圖5）。隧道覆土高度49.11 m，左右邊界距隧道中心30 m，施加水平方向約束，底部邊界距隧道28 m，施加垂直方向約束，總模型尺寸長×寬×高為60 m×60 m×92 m。

3.2 計(jì)算參數(shù)

下穿三線博物館段圍巖級(jí)別劃分為V級(jí)，V級(jí)圍巖參數(shù)取值參照TB 10003—2005《鐵路隧道規(guī)范》，V級(jí)圍巖參數(shù)取規(guī)范中最弱參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。冉家灣隧道和保安營隧道初支、二襯、鋼支撐參數(shù)設(shè)計(jì)圖和規(guī)范進(jìn)行取值。計(jì)算參數(shù)見表5。

三線建設(shè)博物館占地面積40 000 m2，建筑總面積24 000 m2，項(xiàng)目總投資3.2億元。博物館的展廳共3層，展廳面積6 500 m2。攀枝花歷史展廳、多功能廳、臨展廳占一層，面積為1 200 m2；三線建設(shè)展廳占兩層，加上序廳，面積為5 300 m2。

圖4 整體計(jì)算模型

圖5 不同施工方法計(jì)算模型

三線博物館工程分博物館區(qū)、辦公區(qū)及設(shè)備用房3個(gè)部分。其中博物館區(qū)地上層數(shù)為8層，建筑荷載最大，取博物館區(qū)建筑荷載計(jì)算進(jìn)行加載。

表5 計(jì)算參數(shù)

有關(guān)博物館的荷載計(jì)算參照攀枝花博物館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙及GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[7]進(jìn)行計(jì)算取值。荷載分永久荷載及活載，永久荷載主要為建筑物自重，建筑物按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)考慮，重度取2.5 kN/m3?；钶d按設(shè)計(jì)圖紙及GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》取值，根據(jù)設(shè)計(jì)說明主展廳及臨時(shí)展廳樓面活載取值為5 kPa，配電房、發(fā)電機(jī)房活載取值10 kPa。

根據(jù)結(jié)構(gòu)剖面圖，永久荷載根據(jù)樓層高度取值，博物館最大高差為46 m，因此永久荷載2.5×46=115 kPa；活載根據(jù)每層樓的用途進(jìn)行疊加，活載取值3×5+10×2=35 kPa。因此，考慮永久荷載和活載的荷載組合，總荷載取值為115×1.35+35×1.40=204.25 kPa。

計(jì)算初始平衡時(shí)，在模型頂部施加建筑荷載204.25 kPa。

3.3 地表沉降分析

地表沉降監(jiān)測斷面布置見圖6。

首先保安營隧道按臺(tái)階法施工，施工穩(wěn)定后，再施工冉家灣隧道。地表沉降計(jì)算結(jié)果見圖7、圖8。提取地表沉降計(jì)算結(jié)果，繪制沉降曲線見圖9、圖10。

保安營隧道開挖完成后最大地表沉降5.65 mm，由于其隧道斷面小，距離地表距離較大，因此隧道開挖對(duì)地表沉降影響較小。

圖6 地表沉降監(jiān)測斷面布置

圖7 保安營隧道開挖完成后沉降云圖

圖8 保安營隧道開挖完成后局部地表沉降云圖

分別以全斷面法、臺(tái)階法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖冉家灣隧道。以雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖為例，地表沉降計(jì)算結(jié)果見圖11、圖12。提取3種不同施工方法開挖地表沉降，繪制橫向30 m斷面和縱向60 m斷面地表沉降曲線（見圖13、圖14）。

冉家灣隧道以全斷面法開挖最大地表沉降13.56 mm；以臺(tái)階法開挖最大地表沉降13.40 mm；以雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖最大地表沉降為12.10 mm，地表沉降均在規(guī)范允許值范圍內(nèi)。結(jié)合適用條件、結(jié)構(gòu)安全性以及地表沉降等因素，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法較優(yōu)。

圖9 保安營隧道開挖完成后橫向地表沉降曲線

圖10 保安營隧道開挖完成后縱向地表沉降曲線

圖11 冉家灣隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖沉降云圖

圖12 冉家灣隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖局部地表沉降云圖

圖13 冉家灣隧道3種開挖方法橫向30 m斷面地表沉降曲線

圖14 冉家灣隧道不同施工方法縱向60 m斷面地表沉降曲線

4 結(jié)論

參照國內(nèi)建筑規(guī)范及地鐵規(guī)范，確定下穿建筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，建立空間交叉隧道下穿建筑物模型，確定圍巖及支護(hù)參數(shù)，對(duì)空間相交隧道下穿建筑物模擬分析得出以下結(jié)論：

（1）參考國內(nèi)不同地區(qū)的建筑基礎(chǔ)規(guī)范，對(duì)空間交叉隧道下穿建筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)分析，確定下穿建筑物沉降值參考北京地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)為20 mm。

（2）參考GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》計(jì)算博物館荷載為204.25 kPa，并按均布荷載施加于地表。

（3）通過數(shù)值模擬分析得出保安營隧道開挖支護(hù)完成后，地表沉降值為5.65 mm。綜合適用條件、結(jié)構(gòu)安全性和地表沉降等因素，冉家灣隧道以雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖較優(yōu)，開挖支護(hù)完成后地表沉降值為12.10 mm，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

[1] 劉波，陶龍光，李希平，等. 地鐵盾構(gòu)隧道下穿建筑基礎(chǔ)誘發(fā)地層變形研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2006(4)：621-626.

[2] 丁濤. 淺埋隧道下穿高層建筑穩(wěn)定性及相互影響研究[D]. 青島：青島理工大學(xué)，2013.

[3] 張學(xué)富，劉佳祥，丁燕平，等. 下穿高層建筑特大跨度超大斷面偏壓隧道施工方法研究[J]. 鐵道學(xué)報(bào)，2012(5)：107-113.

[4] 張繼清. 超淺埋大直徑盾構(gòu)穿越海河的設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國鐵路，2015(7)：69-73.

[5] DB 11T490—2007 地鐵工程監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)范[S].

[6] GB 5007—2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7] GB 50009—2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

責(zé)任編輯 李葳

Analysis on Settlement of Surface Building for Underneath Pass of Spatial Crossing Tunnel

ZHANG Han，SHU Dongli
（Civil Engineering Sanyuan，China Railway Eryuan Engineering Group Co Ltd，Chengdu Sichuan 610031，China）

Due to the railway line selection and government plan, the section D6K585+006—+060 of the Ranjiawan Tunnel for Chengdu-Kunming Line underneath passes the Third Line Construction in Guizhou Museum of Panzhihua City, bestrides the Baoanying Tunnel, forming spatial crossing tunnels. On account of the complex spatial position, the tunnel construction shall cause the settlement of surface building. Analyzing the settlement management standards of surface building underneath passing by the spatial crossing tunnels and stimulating the data with 3D finite difference software FLAC, this paper obtains that Ranjiawan Tunnel underneath pass the museum meet the related regulations and requirements.

spatial crossing tunnel；underneath passing building；ground surface settlement；management standard

U445.4

A

1001-683X（2017）04-0085-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.04.085

2017-01-23

張涵（1982—），男，工程師，碩士。E-mail：33393895@qq.com