李玉富

(福建泉州勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 福建泉州 362012)

隧道在施工過(guò)程中，將不可避免地會(huì)產(chǎn)生地表變形，當(dāng)?shù)乇碜冃芜_(dá)到一定程度時(shí)，則會(huì)對(duì)地表既有建筑物產(chǎn)生一定程度的損害。因此，為了研究和掌握東海隧道施工引起的地表變形是否會(huì)對(duì)地表既有建筑物發(fā)生損害或發(fā)生損害程度，應(yīng)對(duì)施工地表變形對(duì)既有建筑物安全性的影響進(jìn)行科學(xué)分析和評(píng)價(jià)。本文以東海隧道為例，從建筑物沉降、傾斜、結(jié)構(gòu)應(yīng)力三個(gè)方面探討隧道工程施工地表變形對(duì)既有建筑物影響。

1 工程概況

東海隧道工程屬典型的城市隧道工程，線路起點(diǎn)位于云山村北側(cè)，下穿國(guó)公爺山，從黎明大學(xué)北側(cè)操場(chǎng)、寶珊花園下穿過(guò)，通過(guò)寶秀小區(qū)，終點(diǎn)止于既有東海大街。項(xiàng)目全長(zhǎng)約 4.2km，其中隧道全長(zhǎng)約2.2km，設(shè)計(jì)采用雙洞方案，按雙向四車(chē)道城市 I級(jí)主干道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為60km/h。東海隧道作為一個(gè)典型的城市隧道工程，應(yīng)具有城市隧道工程修建的共性要求，即與山嶺隧道相比，城市隧道修建更要注重對(duì)周?chē)h(huán)境的影響問(wèn)題，也就是說(shuō)周?chē)h(huán)境將會(huì)對(duì)城市隧道修建起到一定程度的制約作用。隧道平面布置示意圖如(圖1)。

圖1 東海隧道工程平面布置示意圖

2 既有建筑物影響對(duì)工程施工影響分析

在東海隧道工程修建過(guò)程中，主要存在著如下工程難點(diǎn)問(wèn)題:隧道沿線地表既有建筑物分布密集，對(duì)施工引起的爆破振動(dòng)、地表沉降等控制要求高，施工難度大。

東海隧道沿線地表既有建筑物主要包括寶珊花園別墅區(qū)、寶秀小區(qū)、廠房及辦公樓等，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，處于隧道施工影響范圍內(nèi)的主要既有建筑物數(shù)量多達(dá)29座，具體如(表1)所示。

表1 泉州東海隧道地表沿線建(構(gòu))筑物調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

從上表可知，既有建筑物距隧道距離最小在10m以?xún)?nèi)，因此，隧道施工所引起的爆破振動(dòng)、地表沉降等必將會(huì)對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)安全及其建筑物內(nèi)人員的正常生活造成一定程度的影響，為確保建筑物結(jié)構(gòu)安全，盡量減少對(duì)建筑物內(nèi)人員正常生活的干擾，施工中必須對(duì)爆破振動(dòng)、地表沉降等進(jìn)行嚴(yán)格控制，從而增加了施工難度。

3 建筑物結(jié)構(gòu)安全地表變形控制指標(biāo)

建立建筑物結(jié)構(gòu)安全地表變形控制基準(zhǔn)，其前提必須建立合適的地表變形控制指標(biāo)。實(shí)際上，隧道施工引起的地表沉降和變形對(duì)建筑物的影響因素有很多[1]。除地層特征以外，建筑物遭受損害的程度與建筑物的基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)型式、建筑物所處的位置，以及地表的變形性質(zhì)和大小有關(guān)，若全部將其作為地表變形控制指標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)操作十分不便，研究也不易實(shí)現(xiàn)[2]。因此，研究中重點(diǎn)以地表變形中對(duì)建筑物損害程度最大的因素作為其變形控制指標(biāo)。

隧道開(kāi)挖施工引起的對(duì)于地表以及建筑設(shè)施的損害可以分為直接開(kāi)挖損害和間接開(kāi)挖損害兩種情況。位于主要影響范圍內(nèi)的對(duì)象(建筑物、管線、道路等)所受的損害稱(chēng)為直接開(kāi)挖損害;但是在個(gè)別情況下，在主要影響范圍以外比較遠(yuǎn)的地方，也可發(fā)現(xiàn)開(kāi)挖影響的存在，這種影響也與隧道開(kāi)挖施工有關(guān)，稱(chēng)為間接開(kāi)挖損害，如開(kāi)挖引起的大范圍的地下水的變化對(duì)環(huán)境的影響等[3]。因此，本文主要選用地表沉降損害、地表傾斜損害、結(jié)構(gòu)應(yīng)力三個(gè)控制指標(biāo)。

4 施工地表變形對(duì)既有建筑物結(jié)構(gòu)安全影響數(shù)值模擬分析

為了進(jìn)一步了解和掌握東海隧道整個(gè)施工過(guò)程引起的地表變形對(duì)既有建筑物結(jié)構(gòu)安全性影響，采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行了細(xì)致研究和分析。計(jì)算過(guò)程中，以靜力分析為主，未考慮爆破開(kāi)挖的動(dòng)力效應(yīng)影響。

4.1 建筑物沉降及傾斜計(jì)算結(jié)果及分析

為了掌握整個(gè)施工過(guò)程地表建筑物沉降及傾斜情況，計(jì)算中共選取了10個(gè)階段工況進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，各階段工況說(shuō)明如(表2)所示。

表2 數(shù)值模擬計(jì)算工況說(shuō)明

以工況1為例，對(duì)其施工階段工況計(jì)算結(jié)果如下:

從(圖2)可以看出，工況1時(shí)，施工所引起的地表沉降橫向范圍約為40m，但沉降值微小，此時(shí)建筑物發(fā)生的最大沉降量約為0.128mm。

采取同樣分析方法，將各施工工況1-10計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總，具體如(表3)所示。

圖2 工況1計(jì)算結(jié)果

表3 各施工工況計(jì)算結(jié)果匯總

從(表3)計(jì)算結(jié)果可知，東海隧道施工引起的最大建筑物沉降值約為0.377mm，最大建筑物傾斜率約為0.0054×10-3，由東海隧道建筑物結(jié)構(gòu)安全變形控制標(biāo)準(zhǔn)可知，上述數(shù)值均遠(yuǎn)小于相應(yīng)控制標(biāo)準(zhǔn)值，說(shuō)明施工地表變形不會(huì)對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，建筑物結(jié)構(gòu)是安全的。

4.2 建筑物結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果及分析

為了掌握整個(gè)施工過(guò)程地表建筑物結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化情況，計(jì)算中還對(duì)各施工階段建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)力結(jié)果進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，將各計(jì)算工況結(jié)果進(jìn)行匯總，如(表4)。

表4 各施工工況計(jì)算結(jié)果匯總

從(表4)計(jì)算結(jié)果可知，隧道在施工過(guò)程中，所引起的建筑物最大拉應(yīng)力值約為0.3MPa，遠(yuǎn)小于其材料本身(C25混凝土)的抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度值1.27MPa，說(shuō)明施工引起的建筑物結(jié)構(gòu)應(yīng)力能夠滿(mǎn)足安全要求，建筑物結(jié)構(gòu)是安全的。

同時(shí)，為了掌握施工地表變形對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)安全性影響，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量工作，測(cè)量時(shí)對(duì)施工地表沉降變形進(jìn)行了測(cè)取，其數(shù)據(jù)可為評(píng)價(jià)建筑物結(jié)構(gòu)安全提供有力的佐證[4-5]。為了與上述數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)將建筑物附近所測(cè)取的地表沉降結(jié)果表述如(圖3)所示。

圖3 建筑物附近地表沉降監(jiān)測(cè)斷面測(cè)試結(jié)果

從(圖3)可以看出，3號(hào)建筑物附近最大累計(jì)地表沉降值為1.13mm，發(fā)生在距隧道左側(cè)約10m位置處，數(shù)值較小，不會(huì)對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不利影響。

5 小結(jié)

綜上，本文以東海隧道為例，通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等綜合研究手段，確定了隧道地表建筑物結(jié)構(gòu)安全控制標(biāo)準(zhǔn)，并給出了相應(yīng)的建筑物結(jié)構(gòu)安全控制措施，其成果可直接用于指導(dǎo)施工作業(yè)，有效地確保隧道地表建筑物結(jié)構(gòu)安全，避免了工程經(jīng)濟(jì)賠償糾紛現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)然，由于能力有限，一些問(wèn)題需要在以后的工作中深入完善。

[1]李偉平，吳德興，郭霄等.寧波甬江沉管隧道大修設(shè)計(jì)與施工[J].現(xiàn)代隧道技術(shù).2011(01).

[2]周春華，尹健民，丁秀麗等.秦嶺深埋引水隧洞地應(yīng)力綜合測(cè)量及區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).2012(S1).

[3]李兆平，聶楠，楊成永等.礦山法地鐵隧道二襯結(jié)構(gòu)安全系數(shù)及可靠度計(jì)算方法研究[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào).2011(01)

[4]宋浩然，張頂立，譚光宗.大連灣海底隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及對(duì)策研究[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào).2013(04).

[5]鄭新定，王紅衛(wèi)，周健.考慮人為因素的盾構(gòu)隧道風(fēng)險(xiǎn)分析和控制模型研究[J].隧道建設(shè).2013(09).