近接建（構(gòu)）筑物的地鐵區(qū)間施工影響研究

[摘? 要]：近接于建（構(gòu)）筑物的地鐵設(shè)計(jì)施工不當(dāng)極易造成周邊結(jié)構(gòu)的變形，給既有結(jié)構(gòu)的正常使用帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)。文章依托昆明地鐵7號(hào)線王筇路站—大塘子站區(qū)間，應(yīng)用數(shù)值模擬的手段研究近接于建筑物的盾構(gòu)區(qū)間施工對(duì)既有結(jié)構(gòu)的影響，并考慮既有結(jié)構(gòu)附加荷載的影響研究盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的受力與變形，指導(dǎo)地鐵區(qū)間設(shè)計(jì)施工。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)地鐵7號(hào)線的施工對(duì)融創(chuàng)春風(fēng)十里A9地塊影響在可控范圍內(nèi)，地鐵開(kāi)挖施工不會(huì)對(duì)該地塊地下室結(jié)構(gòu)及樓體結(jié)構(gòu)造成危害，無(wú)需增加阻隔措施。另由于A9地塊樓體結(jié)構(gòu)的附加荷載，對(duì)盾構(gòu)區(qū)間影響較小，滿足行車(chē)要求。

[關(guān)鍵詞]：地鐵; 盾構(gòu)管片; 隧道建筑限界

U452.2+6A

隨著城市地下空間的發(fā)展，越來(lái)越多的地鐵施工近接于各種構(gòu)建筑物，研究新建地鐵區(qū)間對(duì)周邊基坑、樁基等構(gòu)建筑物的影響時(shí)亟需解決的工程實(shí)際問(wèn)題[1]。

淺埋地鐵施工一般在區(qū)間中心對(duì)應(yīng)的地表位置造成的沉降最大，由正上方中線向周邊逐漸減小[2]，習(xí)慣稱(chēng)該沉降曲線為“沉降槽”。Loganathan等[3]以工程實(shí)例為依托研究了隧道施工造成地層沉降的規(guī)律以及對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響。韓煊[4]收集了國(guó)內(nèi) 8 個(gè)地區(qū) 30 多組隧道施工造成地表沉降的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，探討了經(jīng)驗(yàn)公式——“Peck 公式”在我國(guó)隧道施工地表沉降變形的適用性。朱才輝等[5]總結(jié)我國(guó)20多個(gè)城市地鐵施工地表沉降數(shù)據(jù)，研究了隧道埋深與隧道半徑、地質(zhì)條件和施工方法對(duì)地表最大沉降量、沉降槽寬度和地層損失率的關(guān)系。張頂立等[6]從地層土、地層土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)和地層環(huán)境3個(gè)方面研究了隧道施工造成地層變形的過(guò)程和變形機(jī)制，揭示了復(fù)雜地層的變形機(jī)制。仇文革[7]在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上將隧道近接施工分區(qū)按照影響由弱至強(qiáng)的順序，將施工影響區(qū)域劃分為“無(wú)影響區(qū)”“弱影響區(qū)”和“強(qiáng)影響區(qū)”

本文依托昆明地鐵7號(hào)線王筇路站-大塘子站區(qū)間，該盾構(gòu)區(qū)間近接于融創(chuàng)春風(fēng)十里A9地塊，最近水平距離7.4 m，通過(guò)數(shù)值模擬的手段研究地鐵開(kāi)挖卸荷對(duì)既有地下結(jié)構(gòu)的影響，為設(shè)計(jì)施工提供指導(dǎo)。

1 依托工程概況

地鐵7號(hào)線功能定位為昆明市城市快速軌道交通重要的填充線，連接高新區(qū)、南市區(qū)和經(jīng)開(kāi)區(qū)。線路起于五華區(qū)普吉村，止于經(jīng)開(kāi)區(qū)清水村，線路沿普吉路、京昆高速、科普路、海源路、運(yùn)糧河、草海、廣福路和呈黃快速路布設(shè)。

線路全長(zhǎng)42.2 km，采用全地下線敷設(shè)，設(shè)車(chē)站30座，平均站間距1.435 km。全線設(shè)一段兩場(chǎng)，在五華區(qū)水節(jié)箐設(shè)車(chē)輛段、在廣衛(wèi)和清水村設(shè)停車(chē)場(chǎng)。設(shè)主所3座，分別為福海主所（5、7號(hào)線共用），向化主所和倪家營(yíng)主所（7、9號(hào)線共用）。

其中7號(hào)線王筇路站—大塘子站區(qū)間近接融創(chuàng)春風(fēng)十里項(xiàng)目A9地塊，區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，平面關(guān)系如圖1所示。

A9地塊為昆明融創(chuàng)春風(fēng)十里項(xiàng)目的重要組成部分之一。位于大塘路及京昆高速所夾象限西南方向。A9地塊用地紅線平面不甚規(guī)則，近似平行四邊形。用地紅線進(jìn)入規(guī)劃7號(hào)線控制規(guī)劃線范圍。

2 近接關(guān)系

2.1 平面關(guān)系

昆明融創(chuàng)春風(fēng)十里項(xiàng)目A9地塊位于地鐵7號(hào)線王笻路站—大塘子站區(qū)間中后部分（按里程由小至大），A9地塊對(duì)應(yīng)地鐵7號(hào)線影響里程范圍約為YAK3+261.525～YAK3+611.825，影響長(zhǎng)度范圍約為350.300 m。具體空間關(guān)系如下，平面關(guān)系如圖2所示。

（1）地下室基礎(chǔ)外邊緣與地鐵7號(hào)線區(qū)間隧道外邊緣平面凈距范圍為7.4～8.6 m。

（2）高層建筑外邊緣與地鐵7號(hào)線區(qū)間隧道外邊緣平面凈距范圍為26.9～66.6 m。

（3）商業(yè)配套外邊緣與地鐵7號(hào)線區(qū)間隧道外邊緣平面凈距范圍為81.9～90.3 m。

鐵路與公路王騰： 近接建（構(gòu)）筑物的地鐵區(qū)間施工影響研究

2.2 剖面關(guān)系

地鐵7號(hào)線王笻路站—大塘子站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)隧道內(nèi)徑5.5 m，外徑6.2 m，幅寬1.2 m。區(qū)間縱坡按里程由小至大（王笻路站—大塘子站）為單向下坡，最大坡度為12‰，隧道頂部埋深亦按里程由小至大逐漸增大，地下室范圍內(nèi)隧道頂部埋深范圍約為12.4 m～15.5 m。

A9地塊基礎(chǔ)原設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)螺旋灌注樁方案，高層建筑及純地下室范圍樁徑均為0.5 m，高層建筑樁長(zhǎng)30 m，純地下室樁長(zhǎng)20 m， 高層建筑筏板厚度1.2 m，純地下室筏板厚度0.6 m。

（1）純地下室底板位于地鐵隧道管片外邊緣上方，豎向距離為7.4～9.3 m，基礎(chǔ)樁樁底位于地鐵隧道管片外邊緣底部下方4.5～6.4 m。

（2）高層建筑底板位于地鐵隧道管片外邊緣上方，豎向距離約為9.2 m，基礎(chǔ)樁樁底位于地鐵隧道管片外邊緣底部下方約14.6 m。

通過(guò)上述描述將最不利（距離最近）斷面如圖3所示。

3 施工影響數(shù)值分析

3.1 數(shù)值計(jì)算模型

本次計(jì)算采用大型通用有限元分析軟件，通過(guò)建立二維模型（縱向長(zhǎng)度1 m，前后面固定的平面應(yīng)變分析），分析7號(hào)線施工對(duì)融創(chuàng)春風(fēng)十里A9地塊最北端（地鐵線路埋深最淺，距離樓體結(jié)構(gòu)最近）的影響。

結(jié)合區(qū)間隧道的空間尺寸，為避免尺寸效應(yīng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的不利影響，擬定模型X方向（東西方向）取100 m，Z方向（深度方向）按實(shí)際地質(zhì)情況取60 m，Y方向取單位長(zhǎng)度1 m。土體采用實(shí)體單元模擬，盾構(gòu)管片、地下室結(jié)構(gòu)、樓體、底板以及樁分別采用2D板單元、殼單元模擬，采用四面體網(wǎng)格，能夠得到較好的計(jì)算結(jié)果。土體采用基于莫爾庫(kù)倫準(zhǔn)則的彈塑性本構(gòu)模型，混凝土結(jié)構(gòu)采用彈性本構(gòu)模型，據(jù)實(shí)開(kāi)展相關(guān)計(jì)算工作。模型如圖4所示，數(shù)值計(jì)算模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，圍巖物理力學(xué)參數(shù)如表2所示。

3.2 數(shù)值模擬步驟

由于本計(jì)算主要分析盾構(gòu)區(qū)間施工對(duì)樓體及樁基的影響，因此設(shè)定施工步驟如下：初始應(yīng)力平衡—既有樓體基坑開(kāi)挖，樁基、底板施工—地下室結(jié)構(gòu)施工、回填—7號(hào)線右線隧道開(kāi)挖（圍巖釋放率20%）—7號(hào)線右線隧道管片（圍巖釋放率80%）—7號(hào)線左線隧道開(kāi)挖（圍巖釋放率20%）—7號(hào)線左線隧道管片（圍巖釋放率80%）。

3.3 影響結(jié)果與分析

由于篇幅原因，典型計(jì)算云圖（既有結(jié)構(gòu)位移）如圖5所示。將各個(gè)工況數(shù)值計(jì)算結(jié)果，繪制位移變化見(jiàn)圖6，內(nèi)力變化如圖7所示。

7號(hào)線區(qū)間隧道開(kāi)挖對(duì)既有樓體結(jié)構(gòu)的影響：

（1）地下室結(jié)構(gòu)（A-A斷面）有上抬的趨勢(shì)，結(jié)構(gòu)最大上抬3.15 mm，最大位移位于地下室最東側(cè)，靠近7號(hào)線右線區(qū)間一側(cè);樓體結(jié)構(gòu)（C-C斷面）有上抬的趨勢(shì)，結(jié)構(gòu)最大上抬3.22 mm，最大位移位于樓體最東側(cè)，靠近7號(hào)線右線區(qū)間一側(cè)。

（2）地下室結(jié)構(gòu)（A-A斷面）將發(fā)生水平向變形，具體為地下室結(jié)構(gòu)及樁基靠近7號(hào)線一側(cè)發(fā)生向東（7號(hào)線區(qū)間方向）側(cè)變形，東側(cè)樁基下部發(fā)生向西（背離7號(hào)線區(qū)間方向）側(cè)變形，最大變形1.18 mm;樓體結(jié)構(gòu)（C-C斷面）將發(fā)生水平向變形，具體為地下室結(jié)構(gòu)及樁基靠近7號(hào)線一側(cè)發(fā)生向東（7號(hào)線區(qū)間方向）側(cè)變形，樓體結(jié)構(gòu)高樓層部分發(fā)生向西一側(cè)變形，最大變形1.66 mm。

（3）地下室結(jié)構(gòu)（A-A斷面）內(nèi)力變化在7號(hào)線施工過(guò)程中內(nèi)力變化幅度較小，正彎矩最大變化量約為0.11%，最大變化量在倒數(shù)第二個(gè)工況達(dá)到。負(fù)彎矩最大變化量約為0.19%，最大變化量在最后一個(gè)工況達(dá)到;樓體結(jié)構(gòu)（C-C斷面）內(nèi)力變化在7號(hào)線施工過(guò)程中內(nèi)力變化幅度較小，正彎矩最大變化量約為0.1%，負(fù)彎矩最大變化量約為0.46%，最大變化量均在最后一個(gè)工況達(dá)到。

辦公樓的存在對(duì)于盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)相當(dāng)于左側(cè)增加了豎向荷載，取最不利工況及C-C斷面，盾構(gòu)管片變形如圖8所示，管片彎矩如圖9所示。

管片結(jié)構(gòu)豎向變形最大3.33 mm，水平最大正向變形2.7 mm，水平最大負(fù)向變形2.5 mm，可見(jiàn)由于樁基的存在，樓體附加荷載對(duì)管片不均勻影響較小，豎向變形為地鐵結(jié)構(gòu)的初始變形，可通過(guò)后續(xù)軌道鋪設(shè)調(diào)整高差，不影響行車(chē)安全。結(jié)構(gòu)最大軸力為460 kN（受壓），結(jié)構(gòu)最大彎矩45 kN·m，結(jié)構(gòu)最大剪力25.6 kN，均滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。通過(guò)位移及受力的分析，樓體附加荷載對(duì)管片結(jié)構(gòu)的安全性無(wú)影響。

4 結(jié)論

地鐵7號(hào)線的施工對(duì)融創(chuàng)春風(fēng)十里A9地塊項(xiàng)目有一定影響，均在可控范圍內(nèi)，地鐵開(kāi)挖施工不對(duì)該地塊地下室結(jié)構(gòu)及樓體結(jié)構(gòu)造成危害，無(wú)需增加阻隔措施。另由于A9地塊樓體結(jié)構(gòu)的附加荷載，對(duì)盾構(gòu)區(qū)間影響較小，滿足行車(chē)要求。

參考文獻(xiàn)

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