地铁暗挖隧道下穿建筑物现状和变形计算.doc

地铁暗挖隧道下穿建筑物现状和变形计算摘 要:结合北京地铁十四号线穿越既有建筑物的实例，进行了现场调查、分析，利用有限元软件模拟计算，得出了建筑物发生破坏时的允许变形量，为该区间施工组织设计提供了依据。关键词:地铁，既有建筑物，沉降，数值模拟，允许变形1 工程概况1 1 工程概况 北京地铁十四号线甜水园站朝阳公园站区间与地铁六号线之间的联络通道在华德眼科医院正下方穿越，通道采用暗挖法施工，隧道顶与华德眼科医院净距 856 m，华德眼科医院建于1979 年，为 5 层砖混结构，无地下室，建筑面积约 4 766 m2。相对位置关系图及剖面位置示意图见图 1，图 2。1 2 结构检测范围和内容 1) 建筑物基本情况调查: 对楼房的结构形式和布置进行检查，并对建筑物抗震性能现状进行调查; 2) 测量建筑物现状的标高和倾斜情况，裂缝情况进行调查，分析原因; 3) 对结构材料强度及混凝土构件进行检测; 4) 根据建筑上部结构和基础的现状外观及工作状态等的检测和分析，计算建筑的残余抗力、剩余允许变形和地基基础剩余允许变形承载力; 5) 对该楼结构现状进行分析，给出结论和建议。2 现场调查和检测结果2 1 现状调查、量测 华德眼科医院为 5 层砖混结构，平面大体呈“一”字形，中间设有走廊。建筑物主体结构为纵横墙混合承重体系，未设变形缝。楼房房间开间为36 m，54 m，房间进深为21 m，54 m。底层层高为42 m，2 层 5 层层高均为36 m。墙下设条形基础，基础宽度为 1 860 mm，墙下设有钢筋混凝土地圈梁，圈梁截面高度250 mm，截面宽度分别为 240 mm，360 mm。基础底面埋深为2 4 m。各层外墙厚度为 360 mm，内墙厚度为 240 mm。楼房四角、楼梯间四角、纵横墙交接处均设有构造柱，楼房的 2 层 5 层楼( 屋) 面均设有钢筋混凝土圈梁。该建筑物楼面板大部分采用混凝土现浇板，部分区域采用预制板。 建筑物倾斜测量在楼房的每个立面进行，布设若干条倾斜测量线的目标点，通过测量目标点的空间坐标，确定该立面的倾斜度。倾斜测量线根据楼房的外形布置，对于楼房的高度方向，每条倾斜测量线测量上、中、下三个目标点的空间坐标; 对于楼房的长度方向，根据楼房水平向尺寸的大小，倾斜测量线分别加密1 组 3 组。根据所测点的坐标差和距离计算出倾斜度。为减少测量误差，采用往返测并多次测量，得到最终结果。2 2 建筑物材料强度检测 检测以回弹法为主，在具备检测条件的部位，对楼房中的砖砌体构件、砂浆和砖进行回弹测试，对砌筑砂浆测试其碳化深度;对于楼房中的混凝土构件，主要是选在楼梯间，对混凝土框架梁、框架柱、圈梁及构造柱等构件，选取有检测条件的区域，采用回弹法对混凝土强度等级进行抽样测试，打开抹灰层，对混凝土强度进行回弹检测，并测试其碳化深度( 见表 1) 。2 3 建筑物抗震性能调查 通过现场调查、检测及查阅原设计图纸，对华德眼科医院进行抗震性能分析如下: 1) 平立面布置比较规则、均匀、对称。2) 各层砖混结构中设置了圈梁和构造柱。2 4 小结 依据该建筑物的调查、检查和检测结果，得出以下结论: 1) 建筑物主体结构的形式和布置与原设计图纸基本相符。 2) 该建筑物目前的状态为向西、向北倾斜，整体性较好，整体倾斜率值为 0 105%0 112%，建筑物外墙整体倾斜度均满足既有结构正常使用和安全的倾斜允许值。3) 外观检查结果表明，建筑物目前主要病害为楼盖预制板板缝开裂、墙体抹灰层不规则开裂和抹灰层剥落。这类裂缝与大气温度和湿度变化有关，不属于结构裂缝，目前对楼房主体结构的安全影响不大。4) 材料强度检测结果表明，建筑物中砌体砖的强度等级达到 MU7 5; 砂浆的强度等级达到 M7 5 或 M10。5) 建筑物平立面布置比较规则，结构刚度较均匀，抗震构造措施符合现行技术标准，即该建筑物的抗震能力能基本满足抗震设防要求。3 华德眼科医院剩余变形能力计算3 1 计算模型 采用建筑物专用有限元分析软件 MIDAS-GEN 建立数值分析模型，该计算模型共 1 112 个节点，2 682 个单元( 见图 3) 。3 2 计算参数 建筑结构长期承受各种荷载并受到雨水、大气等侵蚀，其材料必定出现各种损伤及劣化。模型计算参数取值如表 2 所示。 根据规范可知，计算荷载主要考虑永久荷载和可变荷载，而不考虑地震、爆炸等偶然荷载。永久荷载主要为结构自重荷载，可变荷载包括楼面活荷载、屋面活荷载、雪荷载、风荷载和吊车荷载等。计算结合本工程的实际情况，计算可变荷载仅考虑楼面活荷载，取 20 kN/m2。3 3 原始内力状态计算3 3 1 抗弯承载力计算 砌体结构原始状态弯矩图见图 4。 砌体在单位长度上的弯矩设计值: 满足规范要求。3 3 2 抗剪承载力计算 砌体在单位长度上的剪力设计值: V = 15 kN fzbz = 0 11 1 000 1 0 36 = 40 kN，满足规范要求。3 3 3 抗压承载力计算 砌体在单位长度上的轴向力设计值: N = 269 kN fA = 088 141 1 000 036 1 = 447 kN，满足规范要求。3 4 剩余变形能力计算 抗弯承载力计算结果见表 3。3 5 小结 对华德眼科医院结构计算分析得出以下结论: 差异沉降达到8 mm 时，砌体结构抗弯承载力不满足规范要求。差异沉降达到8 mm 时，砌体结构抗剪承载力不满足规范要求。差异沉降达到8 mm 时，砌体结构抗压承载力仍不满足规范要求。4 控制指标及建议4 1 控制指标 依据其他类似工程经验和现场监测数据，在综合考虑建筑物现状调查、检测成果和剩余允许变形能力计算的基础上，考虑一定的安全系数，既有建筑物沉降变形控制指标建议如表4，表5 所示。4 2 建议 地铁十四号线下穿该建筑物，建筑物的内墙、外墙均距离此次地铁施工的隧道边缘很近，地铁施工时需要予以重视，加强楼房现有裂缝和沉降观测。建议充分考虑该建筑物的现状和使用特点，综合考虑技术、经济以及地铁线路建设要求，制定妥善、可行的施工和监控方案，采取有效、可靠的措施，确保该建筑物的安全和地铁施工的正常进行。根据上述计算分析结论及相关工程经验，建议如下: 1) 施工前，应对建筑物基础及上部结构建立严密的监测网，实施连续监测( 见图 5) ; 2) 做好工程筹划，保证连续作业，从而减小对既有建筑物的影响; 3) 建立监测预警系统，进行信息化管理; 4) 加强对建筑物周围地下管线调查监测，如有渗漏处，应做好地层注浆，确保建筑物地基稳定; 5) 施工前，针对既有建筑物实际情况制定专项方案及应急预案。参考文献:1 JGJ/T 8-2007，建筑变形测量规范S2 GB/T 50315-2000，砌体工程现场检测技