盾構(gòu)隧道穿越既有建筑物影響分析

楊小兵

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安710043）

1 工程概述

蘭州地鐵2 號(hào)線(xiàn)郵電大樓—火車(chē)站區(qū)間長(zhǎng)762.017m，下穿盛世芙蓉項(xiàng)目，平面關(guān)系圖如圖1 所示。盛世芙蓉項(xiàng)以住宅及辦公為主，住宅區(qū)為31 層高層建筑，辦公區(qū)（裙樓）為地上6層地下2 層建筑。住宅區(qū)基礎(chǔ)形式采用樁筏基礎(chǔ)，筏板厚3.6m，樁基長(zhǎng)20～25m；辦公區(qū)采用筏板基礎(chǔ)，厚1.2m，筏板基礎(chǔ)底距隧道頂面6.6m。區(qū)間隧道拱頂埋深14～24m。

圖1 區(qū)間隧道與盛世芙蓉平面關(guān)系圖

因盛世芙蓉項(xiàng)目先于地鐵項(xiàng)目建設(shè)，前期與開(kāi)發(fā)商技術(shù)交流，在保證2 號(hào)線(xiàn)技術(shù)條件及可實(shí)施性的基礎(chǔ)上，對(duì)項(xiàng)目提出了軌道交通保護(hù)要求：（1）盛世芙蓉項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)遵循與軌道交通結(jié)構(gòu)分離的原則，結(jié)構(gòu)底板底面距軌道交通區(qū)間隧道頂面宜≥6m；主樓和裙樓遵循結(jié)構(gòu)分離原則；（2）為確保后期實(shí)施過(guò)程中二者的結(jié)構(gòu)安全，盛世芙蓉項(xiàng)目高層建筑荷載不能直接傳遞到地鐵隧道結(jié)構(gòu)上，高層建筑采用樁筏基礎(chǔ)，樁基結(jié)構(gòu)距地鐵隧道結(jié)構(gòu)最小凈距≥2.0m，樁底標(biāo)高位于地鐵隧道結(jié)構(gòu)底面下≥5m。

由于建筑物高層基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，荷載不直接傳遞到盾構(gòu)隧道上，故本文重點(diǎn)分析盾構(gòu)隧道施工與裙樓的相互影響。

2 工程地質(zhì)

本段地層主要為人工填土、黃土狀土、卵石及砂巖。地下水為第四系松散層孔隙潛水，地下水潛水位埋深2.6～4.5m，水位高程1 509.85～1 511.70m。含水層主要為卵石層，潛水含水層厚度約為15m，卵石下的砂巖為相對(duì)隔水層，砂巖頂部可能存在局部裂隙水。

3 風(fēng)險(xiǎn)分析及工程控制標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)險(xiǎn)分析：（1）盾構(gòu)下穿裙樓施工，導(dǎo)致其基底地層沉降變形，影響上部結(jié)構(gòu)安全；（2）裙樓上部荷載對(duì)管片結(jié)構(gòu)受力的影響。

控制指標(biāo)：（1）周邊環(huán)境變形控制依據(jù)GB 50497—2019《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》與GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》等確定，其變形控制標(biāo)準(zhǔn)為：基礎(chǔ)整體傾斜≤0.002；（2）依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，地表變沉降控制標(biāo)準(zhǔn)值的范圍為+10～-30mm。

4 基本假定及計(jì)算模型

4.1 基本假定

考慮到區(qū)間隧道施工對(duì)周?chē)貙拥臄_動(dòng)效應(yīng)，對(duì)于盾構(gòu)法隧道，掘削面對(duì)地層的擾動(dòng)引起的地層應(yīng)力釋放系數(shù)為10%，管片施作后，地層應(yīng)力釋放系數(shù)為90%。為了簡(jiǎn)化建模過(guò)程與計(jì)算，將裙樓按照梁柱結(jié)構(gòu)建立，荷載施加于框架梁上并按照20kPa/層進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算中考慮地面超載作用，按20kPa 考慮。

地層、隧道采用實(shí)體單元，建筑物地下室連續(xù)墻采用板單元，梁柱采用梁?jiǎn)卧?，隧道管片采用板單元，筏板基礎(chǔ)采用實(shí)體單元模擬[1,2]，管片寬度為1.2m。隧道開(kāi)挖前，裙樓已經(jīng)施工完成，因此，在盾構(gòu)開(kāi)挖前將地層位移清零，保留相應(yīng)的地層應(yīng)力。

4.2 計(jì)算模型

計(jì)算采用MIDAS/GTS 軟件，模型尺寸：150m（長(zhǎng)）×100m（寬）×50m（高），計(jì)算模型的建立嚴(yán)格按照實(shí)際尺寸進(jìn)行，采用位移邊界條件，模型以實(shí)體單元為主[3]。

5 計(jì)算結(jié)果分析

5.1 豎向位移等值線(xiàn)圖分析

隨盾構(gòu)掘進(jìn)完成，隧道及裙樓的豎向位移等值線(xiàn)圖如圖2和圖3 所示。

圖2 盾構(gòu)完成隧道豎向位移數(shù)值圖

由圖2 和圖3 可知，盾構(gòu)掘進(jìn)完成時(shí)，上部裙樓最大沉降為-5.03mm，上部裙樓最小沉降為-0.1mm，最大局部?jī)A斜為0.000 1，滿(mǎn)足沉降控制要求。

圖3 盾構(gòu)完成裙樓豎向位移數(shù)值圖

5.2 水平位移等值線(xiàn)圖分析

隨盾構(gòu)掘進(jìn)完成后，隧道及裙樓的水平位移等值線(xiàn)圖如圖4 和圖5 所示。

圖4 盾構(gòu)掘進(jìn)完成隧道水平位移等值線(xiàn)圖

圖5 盾構(gòu)掘進(jìn)完成裙樓水平位移等值線(xiàn)圖

由圖4 和圖5 可知，盾構(gòu)下穿裙樓施工后，上部裙樓最大向水平位移（垂直于隧道方向）為3.81mm，上部裙樓最大向水平位移（平行于隧道方向）為2.06mm，均滿(mǎn)足要求。從地層位移趨勢(shì)上看，區(qū)間隧道下穿盛世芙蓉裙樓施工，不會(huì)對(duì)裙樓造成明顯的負(fù)面影響。

5.3 隧道管片內(nèi)力分析

由模擬計(jì)算可知，盾構(gòu)下穿裙樓施工，裙樓荷載傳遞至管片，管片的最大正彎矩為213.3kN·m，對(duì)應(yīng)軸力為666.7kN；管片的最大負(fù)彎矩為210.2kN·m，對(duì)應(yīng)軸力為1 052.8kN。通過(guò)內(nèi)力分析，管片截面配筋為：內(nèi)、外側(cè)φ20mm@167mm（1 885mm2），安全系數(shù)最小1.63，裂縫寬度驗(yàn)算滿(mǎn)足要求，管片結(jié)構(gòu)安全。

6 結(jié)論

通過(guò)本文的分析，得到以下結(jié)論：

1）盾構(gòu)法下穿建構(gòu)筑物具有很大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)周?chē)h(huán)境的影響可控。

2）盾構(gòu)隧道下穿該裙樓施工，只要嚴(yán)格精準(zhǔn)控制施工參數(shù)、實(shí)時(shí)反饋，及時(shí)調(diào)控加上有效的盾構(gòu)同步注漿等措施，就能控制好建筑物的沉降，從而保證裙樓的安全。

3）被下穿的裙樓，基礎(chǔ)為筏基，且適當(dāng)加大其厚度，是更加安全可靠的。

4）通過(guò)計(jì)算配筋可確保管片安全，可以認(rèn)為裙樓與地鐵隧道的相互影響尚未超出可控范圍，是安全可行的。