基坑施工對原有市政工程的影響

黃小鋒

【摘 要】隨著城市發(fā)展的建成通車，其沿線逐漸成為商業(yè)、住宅等開發(fā)的黃金地段，也有了越來越多的市政工程緊貼原有市政工程結(jié)構(gòu)進行施工。本文調(diào)查，研究附近市政工程相關(guān)工程，運用有限元分析方法對市政工程的施工過程進行了三維模擬，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，市地下空間不斷建造和發(fā)展的過程中，分析了市政工程開挖后土體位移場的變化，采用有限元分析方法對其進行了三維數(shù)值模擬，通過與實測數(shù)據(jù)對比分析，探索了附近工程施工對既有工程結(jié)構(gòu)的影響。

【關(guān)鍵詞】施工；市政工程結(jié)構(gòu)

0.引言

據(jù)國內(nèi)外對市政工程沿線施工的問題已有研究，但還沒有形成很統(tǒng)一的管理規(guī)范，以期代未來可以對類似問題進行更好的協(xié)調(diào)管理。新世紀是地下空間發(fā)展的時代，充分利用地下空間是城市立體化開發(fā)的主要組成部分。在城市密集區(qū)進行的市政工程開挖不可避免地會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響，高水位及其它復(fù)雜條件下開挖市政工程，容易產(chǎn)生土體滑移、樁體變位、市政工程隆起、支擋結(jié)構(gòu)嚴重漏水、等災(zāi)害，會對周邊建筑物。因此附近市政工程施工對市政工程結(jié)構(gòu)的影響以及如何來保護既有市政工程結(jié)構(gòu)的安全越有研究的必要性。

1.市政工程的定義

市政工程，它包括：城市的道路、橋涵、隧道、防洪堤壩、集中供熱及綠化等工程，這些工程都是國家投資興建，是城市的基礎(chǔ)設(shè)施。供城市生產(chǎn)和人民生活的公用工程，簡稱市政工程。它屬于社會主義國家的基本建設(shè)。而這些設(shè)施則是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是城市經(jīng)濟發(fā)展和實行對外開放的基本條件。國家的工業(yè)化都是以大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施為前提，并伴隨著市政、能源等基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展起來。建設(shè)現(xiàn)代化的城市必須有相適應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，使之與生茶和發(fā)展各項建設(shè)事業(yè)相適應(yīng)，以創(chuàng)造良好的生活環(huán)境。市政工程可稱為支柱工程血管工程。它既輸送著經(jīng)濟建設(shè)中的養(yǎng)料，如城市供水設(shè)施向企業(yè)提供生產(chǎn)用水、又排除廢料，如城市排水設(shè)施排放、城市防洪設(shè)施既保證生產(chǎn)安全，城市道路、橋梁保證生產(chǎn)用車和生活用車的通行，對于促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及科學技術(shù)的發(fā)展，改善城市面貌，使國家經(jīng)濟建設(shè)和人民物質(zhì)文明生活的提高。

2.關(guān)于附近市政工程施工對原有市政工程結(jié)構(gòu)的影響分析

市政工程隧道作為地下開挖工程，但由于隧道襯砌與周圍土體剛度不同，在緊貼深市政工程開挖施工的撓動下，這就涉及到市政工程～土體～隧道三者相互作用的問題。圍護墻體向坑內(nèi)產(chǎn)生位移，隨著開挖深度的增大，墻外土體位移伴隨著圍護結(jié)構(gòu)變形的增大而增加，從而引起周圍建（構(gòu)）筑物變形或者差異變形隨施工過程不斷變化。在運營市政工程周圍進行任何的巖土工程活動，有工程原來的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。這種影響最本質(zhì)的原因是由于新建工程的施工引起圍巖應(yīng)力狀態(tài)再次重分布，從而導(dǎo)致一系列的力學行為變化。包括樁基礎(chǔ)、地下連續(xù)墻及市政工程開挖等施工行為，勢必會引起坑底回彈（隆起）、顯然會影響甚至改變其近處市政工程隧道的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，有可能危及相鄰市政工程隧道的使用及安全。

分析這些實際工程，緊貼市政工程施工對既有市政工程結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在以下：

當隧道周邊進行市政工程開挖時，使得隧道周邊土體承載力下降，導(dǎo)致市政工程范圍內(nèi)隧道發(fā)生回彈變形。須采用一定的市政工程支護措施和市政工程保護措旌，設(shè)計市政工程方案，保證市政工程變形不至于太大。市政工程開挖過程中有的需要進行抽水處理，使得作用在區(qū)間隧道壁面上的有效壓力增大和導(dǎo)致作用在隧道面上的水壓力減小。軟土地基中的市政工程隧道由于深市政工程開挖施工圍護墻的側(cè)向水平位移而向深市政工程方向位移，使市政工程隧道產(chǎn)生撓曲變形而產(chǎn)生附加變形和應(yīng)力，以及襯砌被壓壞等。由于深市政工程開挖施工引起圍護墻側(cè)向位移及坑內(nèi)隆起等原因而使坑外土層沉降，埋于市政工程隧道也隨土層沉降而下沉。

3.關(guān)于實例工程背景及概況

分析緊貼市政工程施工對既有市政工程的影響時，關(guān)鍵是采用的是有限元法，將周圍土體和隧道看作一個整體進行分析。本文選取廣州農(nóng)貿(mào)園工程進行了施工過程有限元分析，由上至下可劃分為：人工填土.坡積層，殘積層。市政工程開挖深度大概在4.75-7.8m，有兩條直徑為6.5m的市政工程隧道由北向南從場地中部穿過市政工程管片厚025M.隧道頂距離市政工程底最小為5.25m。支護樁采用直徑480mm鉆孔灌注樁和長度為12.5m的旋噴樁。

4.結(jié)構(gòu)計算模型

巖體開挖后，其二次應(yīng)力的變化幅度減小.因此可以大致認為在此范圍以外的巖體不受工程的影響.據(jù)此可以大致確定計算范圍?？v斷面圖，取模型的橫向?qū)挾葹?20m，沿線路縱向長度為4205m，距市政工程仰拱往下取5D，計算模型上部為自由邊界，其余四個側(cè)面為法向約束。土體和市政工程隧道均采用實體單元模擬，圍巖采用Mohr-Coulomb屈服準則及彈塑性增量本構(gòu)關(guān)系，市政工程管片采用彈性本構(gòu)。

5.關(guān)于市政工程施工過程

市政工程開挖的順序為：先施工樁，土方開挖至第一排錨桿下0.25-0.35m.然后施工第一排錨桿，錨桿施工完后，再施工掛網(wǎng)噴層。待第一排的固結(jié)強度達到設(shè)計強度的65%后，開挖土方至第二排錨桿以下0.25-0.5m，然后再施工第二排錨桿及相應(yīng)的掛網(wǎng)噴層。重復(fù)以上步驟，直至開挖施工至市政工程底。

6.計算結(jié)果及分析

市政工程開挖到底部時沿市政工程縱向各監(jiān)測斷面不同測點的Z方向位移監(jiān)測直至基礎(chǔ)底板澆筑。根據(jù)監(jiān)測和計算的結(jié)果，農(nóng)貿(mào)園市政工程緊貼市政工程三號線的施工引起的市政工程結(jié)構(gòu)的位移不大，在采用了相應(yīng)的支護措施后，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。分析監(jiān)測結(jié)果可知在開挖市政工程的過程中，市政工程的Z方向位移是在不斷的累加增大的，且開挖到市政工程底部時候表現(xiàn)為最不利情況，達到1.85mm。這一點從計算結(jié)果中同樣可以得到，市政工程隧道最大位移量表現(xiàn)為市政工程開挖到最后，達到3.25mm。從計算結(jié)果來看，理論計算值普遍大于實際監(jiān)測值，但在開挖的過程中，理論計算得出的位移變化趨勢與實際監(jiān)測結(jié)果是基本一致的。理論值偏大主要是因為地下結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及地層參數(shù)選擇的困難性引起的。本工程市政工程隧道位于開挖市政工程的正下方，上部市政工程的開挖，對下部市政工程隧道帶來一定的卸載作用，所以市政工程整體出現(xiàn)上浮的現(xiàn)象。同時因為上部市政工程對下部市政工程而言，并不是對稱卸載，從而帶來市政工程左、右線z，Y方向上的位移量不一致變化，其中三個方向的位移變化表現(xiàn)為z方向最顯著。從隧道整體位移量的變化來看，市政工程位移量值在市政工程中部下方的斷面上普遍要大于其他斷面，主要是由于這些斷面位于市政工程中部，受到市政工程施工的影響比其他斷面大。

7.結(jié)束語

通過典型工程的計算，可知在有市政工程真實施工過程的資料和實測的地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬的方式來預(yù)測緊貼市政工程開挖對原有市政工程結(jié)構(gòu)的影響是可行的。

在市政工程隧道上部開挖市政工程時，將引起隧道產(chǎn)生上移并使隧道橫截面呈現(xiàn)側(cè)向壓縮、豎向拉伸的變形特征，基礎(chǔ)板及時澆筑完成能有效控制隧道上移及其橫截面變形的進一步發(fā)展。緊貼原有市政工程結(jié)構(gòu)的市政工程開挖問題，是個復(fù)雜的巖土工程問題，在市政工程開挖過程中，除了要保證市政工程的圍護設(shè)計穩(wěn)定和強度問題之外，同時也要著力于減小它對緊貼的原有市政工程隧道的影響。以指導(dǎo)設(shè)計和施工，及早發(fā)現(xiàn)問題，排除安全隱患，并結(jié)合監(jiān)測手段，用于市政工程的優(yōu)化設(shè)計和信息化施工，確保市政工程本身及其緊貼的市政工程結(jié)構(gòu)的安全。