中鐵十八局集團有限公司 天津 300350

0 引言

最近幾年，伴隨著經(jīng)濟的與日發(fā)展，城市化進程也在不斷推進，在整個推進過程中，城市交通量也在迅猛地增加，為了讓土地能得到高效利用，地下軌道交通工程應運而生。

與以往工程相比，近年來，工程不僅有著較大的規(guī)模，還需下穿更多的已有建（構(gòu)）筑物，且需要更為嚴格的修建技術(shù)。所以，在進行城市的地下工程時，不僅要對其附近的結(jié)構(gòu)物進行合理的影響分析，還要探討相應的安全措施，這不僅是當前的一項熱點問題，也具有非凡的現(xiàn)實價值，值得進一步探討。

1 工程概況

某城際線路區(qū)間長11.7 km，在其左線GDZK45+200～GDZK45+405段，伴隨著較為復雜的區(qū)間結(jié)構(gòu)形式。其下穿2～5 層的民居住房，大部分的結(jié)構(gòu)都為框架。在進行模擬計算的時候，選取GDZK45+300作為斷面的里程，最下面的一層為弱風化泥質(zhì)粉砂巖，其上為強風化泥質(zhì)粉砂巖，再上為殘積粉質(zhì)黏土，接著是游泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，最上面的一層是素填土，隧道埋深17.5 m。針對隧道下穿居民區(qū)的狀況，本文對上部建筑物結(jié)構(gòu)在隧道挖掘中的安全控制進行探討。

2 城市隧道下穿既有建筑的安全控制模擬試驗[1-4]

2.1 模擬試驗相似關系

結(jié)合研究目的，對該城際線路隧道的相關設備及其操作性進行充分的考慮，然后進行相關計算與推導和合理的類比與分析，從而對試驗中需要確定的地基相似比及時確定，這些相似比有幾何相似比，也有堆積密度相似比，進而使得在規(guī)定范圍中，一些控制性物理力學的參數(shù)相似性得以全部實現(xiàn)。結(jié)合相似原則，將參數(shù)原型值與模型值的相似比進行相關推理，幾何、強度、壓力、凝聚力、彈性模量相似比為20，堆積密度、應變、摩擦角相似比為1。

2.2 模擬試驗材料

2.2.1 相似材料之圍巖

對于該城際線路來說，其GZH-7標隧道的位置是城市中較為繁華的道路。當該隧道下穿繁密的居住區(qū)時，其圍巖的級別是六級，在試驗中就將其作為了土體配比的原型。為了使得試驗既結(jié)合實際，又能夠在相關工程中進行合理推廣，圍巖參數(shù)應該在結(jié)合實際的基礎之上，與相關標準中規(guī)定的巖體選值充分結(jié)合起來。

2.2.2 相似材料之加固區(qū)

結(jié)合施工計劃，應該在于隧道拱部的180°范圍中，做好小導管超前支護的工作，將φ22 mm超前錯桿打設好，做好半斷面相關的注漿止水工作。由于條件受限，要想于臺架上做出拱形的超前支護十分不易，所以一般都是在拱頂上加設相應的加固土體，由此來充當加固區(qū)的圍巖角色，此土體的圍巖強度與原土體相比，要高一個層次。圍巖加固區(qū)詳見圖1、圖2。

圖1 現(xiàn)場圍巖加固區(qū)示意

圖2 試驗圍巖加固區(qū)示意

2.2.3 相似材料之支護

因試驗條件受限，一些初支措施諸如鋼架等較難進行模擬，所以就參考之前的模擬試驗，將水和石膏的比值為1∶1.12的特種石膏相似材料作為初支的模擬對象，在試驗的過程中，以繞灌注的方式做好支護工作。對于石膏的模擬材料來說，其試驗指標為0.5 h的力學指標，試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在0～10 ℃下，這種相似材料的強度在0.5～8 h之間基本不發(fā)生變化。

2.3 模擬試驗裝置及量測系統(tǒng)

2.3.1 模擬試驗裝置

對于試驗模型來說，其槽的尺寸如下：4.3 m×3.7 m×0.8 m；對于隧道試體來說，其尺寸如下：0.85 m×0.9 m×0.8 m。為了使得圍巖和隧道試體處于易于控制狀態(tài)，應用了相應的約束器材對模型槽前后進行控制。為了將模型槽的邊界效應控制到最低，在其整個內(nèi)表面都進行了厚1 mm的聚四氟乙烯板粘貼。

2.3.2 量測系統(tǒng)

1）量測項目及措施：主要對各種工況下進行開挖的時候隧道結(jié)構(gòu)等位移的變化進行測量，采用精度為0.000 1 m的差動變壓器式位移計做好相關測量工作。

2）測點的相關布置：在地表布置7 個測點，從隧道的正上方開始，從左向右間距為4 m依次排列；對于土中的測點來說，加上拱頂共有4 個；對于每個房屋來說，各自有2 個在對角線上的監(jiān)測點。監(jiān)測點的布置詳見圖3（圖中矩形代表房屋建筑物，圓形代表監(jiān)測點）。

圖3 模擬試驗監(jiān)測點平面布置

2.4 模擬試驗步驟

1）為確保試驗平面的應變態(tài)勢，將槽和模擬圍巖間的摩擦控制在最低，要在槽的全內(nèi)表面進行厚1 mm的聚四氟乙烯板粘貼。

2）做好儀器的調(diào)試和場地布置工作，制作在測量位移時需要的相關材料。

3）結(jié)合試驗工況實際，在槽內(nèi)做好填土工作，當填到隧道的拱頂位置時，依據(jù)標準增添加固區(qū)土體。并在其中合適位置埋置合理的銅管，待找平結(jié)束，做好一次性的壓實工作從而避免分層現(xiàn)象的發(fā)生。

4）結(jié)合設計計劃，將槽內(nèi)的測點位置及時確定，將位移計安置好并保證其處于合理的讀數(shù)標準下，將其調(diào)至垂直態(tài)勢，將其初始讀數(shù)記錄下來。

5）一切準備結(jié)束，開始隧道的模擬開挖，開挖時，要依據(jù)實際采取合理的工序，對于各個工序在挖前、挖中、挖后以及支護之后的測點位移對應值要做好認真記錄。

6）整理和分析相關數(shù)據(jù)，從而總結(jié)監(jiān)測點的位移存在的相關規(guī)律。

對于模型隧道來說，其長為80 cm，在試驗的過程中有8 次開挖，每次都控制在10 cm，將40 cm所在的平面作為目的面。

2.5 模擬試驗成果分析

試驗中，中隔壁的模擬材料為招材板，支護的模擬材料為石膏，每次開挖的尺度為10 cm。模擬開挖示意如圖4所示。

圖4 模擬開挖示意

拿測點212和274來看，前者是4 層框架房屋的監(jiān)測點，后者是4 層磚混房屋的監(jiān)測點，2 個監(jiān)測點的沉降變化曲線通過圖5可以看出，其位移有著類似的規(guī)律，都存在著一定的空間效應，但后者的位移值要大于前者，沉降值也大了約1 mm。

圖5 4 層框架和磚混房屋監(jiān)測點地表沉降變化曲線

拿測點215和218來看，前者是4 層框架房屋的監(jiān)測點，后者是2 層框架房屋的監(jiān)測點，2 個監(jiān)測點的沉降變化曲線通過圖6可以看出，其位移有著類似的規(guī)律，都存在著高度效應，但前者的沉降值明顯大于后者，大約0.2 mm。

圖6 4 層和2 層框架房屋監(jiān)測點地表沉降變化曲線

3 城市隧道下穿既有建筑的安全控制措施[5-9]

由于本標段路線需要下穿不少建筑物，且大都為框架以及磚混的結(jié)構(gòu)，結(jié)合上述分析，為了在隧道開挖時保障建筑物的相關安全，對其采用的安全控制措施如下：

1）結(jié)合建筑物實際及其周圍環(huán)境和隧道的埋深度，進行相關模擬推算，就隧道的不同位置采用主動注漿加固法（圖7），從而對建筑物下面的天然松散土體及其周圍地層進行合理的加固。同時，加強管柱和土體間存在的摩擦力，改良建筑物的相關基礎地層，從而為隧道的安全下穿提供保障。

圖7 主動注漿加固平面示意

2）結(jié)合建筑物實際及其周圍環(huán)境和隧道的埋深度，進行相關模擬推算，就隧道的不同位置采用跟蹤注漿加固法（圖8），從而對隧道開挖時伴隨的失水等引發(fā)的空隙進行相應跟蹤監(jiān)測并及時注漿控制，進而保障其安全的下穿。采用此法加固的建筑物，要做好動態(tài)的監(jiān)控與量測，如果沉降超過標準時，要結(jié)合實際進行相應的跟蹤注漿加固。

圖8 跟蹤注漿加固平面示意

3）要結(jié)合工程的實際，建立健全的動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，布置合理位置的監(jiān)測點，進行全面的動態(tài)測定，進而依據(jù)信息進行相應施工，同時結(jié)合監(jiān)測實際動態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，使得掌子面處于穩(wěn)定狀態(tài)，防止建筑物伴隨變形現(xiàn)象。

4）結(jié)合房屋的結(jié)構(gòu)以及其和隧道存在的位置聯(lián)系，制定房屋的沉降量界限值與沉降差標準值以及安全的保障限度。

5）對于隧道來說，在不超過其開挖的標準內(nèi)，那些基礎不牢固的房屋，應該從地面出發(fā)，向下布置豎向的袖閥注漿管，也可以向下布置斜向的袖閥注漿管，做好地表注漿工作，一般來說，都是采用水泥漿充當注射漿液。

6）結(jié)合監(jiān)測結(jié)果，如果房屋的沉降度較大基本到達警戒界限時，應該先停止隧道的開挖工作，結(jié)合實際，通過地面向著基礎的下方進行跟蹤注漿加固工作，一般采用水泥漿充當注射漿液。

4 結(jié)語

結(jié)合模擬試驗，我們能夠推斷出，兩種結(jié)構(gòu)磚混與框架基本存在類似的位移變化規(guī)律，同時都存在著一定的空間效應?；诹恐档慕嵌葋砜矗罢叩奈灰浦狄笥诤笳叩奈灰浦?，這個結(jié)果基本雷同于數(shù)值的模擬分析。

綜上所述，在隧道施工的時候，要注重對其正上方的房屋地基的注漿處理工作，并通過此項措施來控制房屋的沉降。如果房屋在其開挖縱向影響范圍的20 m內(nèi)，則要進行相應的地基加固工作。

對于那些地基條件不好、容易倒塌的房屋，要注意對其上部結(jié)構(gòu)剛度的強化，從而提高墻體的抗倒塌度。與此同時，在整個過程中，也不要放松對地基的相關處理工作，對每個房屋的沉降控制，應該結(jié)合國家規(guī)定的相關標準認真執(zhí)行。