（中交一公局海威工程建設(shè)有限公司 北京 101119）

淺埋隧道開挖對(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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