地铁隧道施工对邻近建筑物影响数值分析及保护措施研究

2 0 0 6年第2期 科技交流 总第 1 5 0期 地铁 隧道施工对邻近建筑 物影 响 数值分析及保护措施研究 相 旭 ( 铁道第一勘察设计院桥隧处西安7 1 0 0 4 3 ) 摘要通过北京地铁十号线劲松站 一 终点折返线区间隧道施工对周边既有建筑物影响的数值分析， 探讨隔离桩及隧道超前注浆措施对既有建筑物保护的作用 关键词 隔离桩既有建筑物保护侧壁注浆数值分析 1 工程概况 地铁 1 O 号线 期工程( 含奥运支线) 线路起于北京海淀区蓝靛厂， 沿四环路、 巴 沟路、 海淀南路 、 知春路、 北土城路向东， 斜 穿北京市东北部的太阳宫地区后沿东三环 路南下， 经亮 马河、 农展馆、 京广中心、 国 贸、 劲松到达一期终点 共设置 2 3个地下 站 ， 线路全长约 2 3 k in 劲松站 终点区间结构设计起点里程 錾 毒 为 K 2 4+2 8 9 6 8 ， 终 点里程为 K 2 4+6 8 4 2 8 4， 长 3 9 4 6 0 4 m， I 问位于北京巾东三环 东侧辅路下， 结构顶板覆土为 1 3 1 7 m 隧 道洞身主要穿过粉土层及粉质粘1 ： 层 区 间隧道邻近既有建筑物段右线为人跨舣线 断面， 采用双侧壁导坑法施工， 左线为单线 马蹄形断面， 采用台阶法施工， 中问 j ： 柱厚 4 3 m， 左线与既有建筑物( 农光里 2 l 号 楼) 基础水平间距为 4 3 m 。( 见图 l ， 图 2 ) 一 围 图 1 区间隧道结构布置与周边邻近建筑物平面 维普资讯 2 0 0 6年第2期 科技交流 总第 1 5 0期 图 2区间隧道与邻近建筑物剖面 图 2 数值分析 2 1 数值分析 目的 隧道施工造成的沉降对建筑物的影响 除倾斜外还含有基础的挠曲变形 ， 当沉降 过大时， 有可能导致建筑物基础的断裂及 上部结构压性裂缝的产生 因而在施工中 应尽量把对建筑物的影响降至最低 为此 我们进行数值模拟分析， 其 目的在于： ( 1 ) 通过数值分析， 了解不同施工方 案下地面和结构物的变形状况， 从巾选择 合理的施工方案 研究不同开挖阶段对地 表和建筑物的影响情况等 ， 从而对结构物 的安全性作出评价 ( 2 ) 根据数值分析的结果 ， 有针对性 地提出解决方案 2 2 计算模型 计算采用北京软件有限公司 2 Da 软件， 假定围岩是各项同性连续介质， 计算 模型为弹性模型， 施工阶段采用平面应变 有限元进行分析， 厚度取 l m 计算域在水 平方向宽 1 6 0 m， 下边界取 5 0 m， 隧道埋深 1 6 m 计算域内划分 2 0 3 2单元， 共 6 2 7 7个 结点， 如图3 所示 图3 计算模型及网格划分 模拟隧道开挖过程对既有建筑物的影 一步无支护时释放 6 0 或 7 0 ， 第二步有 响， 结合工程实践， 分别按 ( 1 ) 不设隔离 支护时释放 4 0 或 3 0 ， 断面开挖成型则 桩、 无侧壁注浆； ( 2 ) 设置桩径 8 0 0 m m的 应力全部释放完毕， 衬砌不受力， 作为安全 隔离桩 、 无侧壁注浆 ； ( 3 ) 设置桩径 8 0 0 m m 储备 的隔离桩、 有侧壁注浆三种情况进行计算 2 3 计算结果及分析 分析 开挖施工顺序按照要求进行 每一开 2 3 1 不设隔离桩、 无侧壁注浆( 图4 ) 挖步的荷载分两步施加 ， 应力 释放力 为第 维普资讯 2 0 0 6年第2期 科技交流 总第 1 5 0期 圈4 施工完成后地寝下沉曲线圈 说明： 地表最大沉降量3 9 9 | m m 发生在距右残隧道中心左侧O 9 m处 寝 1 各阶段沉降量表 圈 5 施工完成后地褒下沉曲线圈 说明： 地表最大下沉3 6 1 7 ra m, 发生在距右残隧道中心偏左2 m 原因可能是建筑物荷| IL 的影响 同时隔离桩的托采也 有所体现 3 9 维普资讯 2 0 0 6年第2期 科技交流 总第 1 5 0期 表 2 各阶段沉降量表 n厂 、 u Uf 圈 6 施工完成后地表下沉曲线圈 说明： 地表最大下沉3 1 3 4 ra m ， 出现在右线断面隧道中心左侧 2 m处， 原因可能是建筑物荷栽的影响， 同时隔离桩和注 泉加固的效果也有所体现 表3 各阶段沉降量表 - 40 一 -_-_ l 维普资讯 2 0 0 6 年笫2 期 科技交流 总第 1 5 0 期 设置隔离桩后建筑物差异沉降由 1 3 5 6 m m降至 3 7 9 m m， 地表沉降也有所降 低， 由最大下沉 3 9 9 1 l 1 ln ， 变为3 6 1 7 m m 原因主要是隔离桩设置后， 阻隔了隧道开 挖引起的地层变形 同时也可以看出在隔 离桩与隧道之间的侧壁进行注浆后的效果 要优于只设隔离桩时的效果 建筑物差异 沉降由3 7 9 m m降至2 4 2 ra m， 地表沉降也 有所降低， 由最大下沉 3 6 1 7 ra m变为 3 1 3 4mm 3 结论与建议 ( 1 ) 设置隔离桩加固地基的效果是非 常明 的， 它能有效阻隔隧道开挖所引起 的地层变形向建筑物基础的地层I匿域发 展， 而且侧壁注浆也可以起到减小地表沉 降的 H的 ( 2 ) 例隧道的升挖先后次序对于地表 沉降和建筑的安全性影响有所差别 先开 挖距离建筑物较远的隧道时地表沉降和建 筑物的差异沉降较小。 ( 3 ) 隔离桩与隧道间距的大小对于地 表沉降和建筑物的差异沉降也有一定的影 响 隔离桩与隧道的间距越小， 地表沉降和 建筑物的差异沉降也越小 但是隔离桩与 隧道问距过小时， 隧道施工会影响隔离桩， 有可能造成隔离桩的破坏， 从而影响隔离 桩的效果 建议隔离桩与隧道的间距不宜 低于 1 5 m ， 且尽量布置在靠近隧道的一 侧 ( 4 ) 施工工法对于地表沉降和建筑物 的差异沉