地鐵施工變形對(duì)鄰近建筑物安全影響分析.pdf

1、近年來(lái)，城市軌道交通建設(shè)飛速發(fā)展。已有36個(gè)城市規(guī)劃建設(shè)城市軌道交通，預(yù)計(jì)2020年，我國(guó)城市軌道交通累計(jì)營(yíng)業(yè)里程將達(dá)到7400公里。在城市軌道交通的建設(shè)中不可避免的穿越大量鄰近既有建（構(gòu)）筑物風(fēng)險(xiǎn)源工程。如何有效地確保環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源（近距離側(cè)穿或下穿的市政道路、橋梁、民用建構(gòu)筑物、鐵路、地鐵及河湖等一些敏感性建筑物）的安全，保證地鐵車(chē)站與區(qū)間隧道工程在施工過(guò)程中不發(fā)生重大安全事故，成為軌道交通發(fā)展過(guò)程中需要迫切解決的問(wèn)題。
　　論文

2、結(jié)合地鐵下穿或臨近既有建筑物工程案例，選擇三種典型既有結(jié)構(gòu):框架結(jié)構(gòu)、鋼塔結(jié)構(gòu)以及砌體結(jié)構(gòu)，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析了地鐵施工引起的地層差異沉降對(duì)既有建筑物的變形和受力影響及其抵抗差異變形的能力。通過(guò)理論分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證，得到以下主要研究成果:
　　(1)給出了地鐵隧道施工擾動(dòng)對(duì)鄰近建筑物影響及安全評(píng)價(jià)研究方法，即結(jié)合隧道施工地層變形規(guī)律，根據(jù)其影響范圍及既有建筑物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的差異沉降進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力和安全性分析，確定地鐵鄰近建筑物不發(fā)生

3、結(jié)構(gòu)損傷或破壞的變形控制指標(biāo)，通過(guò)實(shí)際工程案例分析及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行了驗(yàn)證和完善。
　　(2)研究表明，隧道施工影響半徑不僅與隧道埋深有關(guān)，同時(shí)與拱頂沉降控制水平有關(guān)，拱頂沉降越大，施工影響范圍越大，并趨向定值，表明過(guò)大的拱頂沉降導(dǎo)致地層破壞，此時(shí)影響半徑達(dá)到極值。給出了粉土和粉砂土復(fù)合地層隧道施工影響半徑與拱頂沉降及埋深之間的函數(shù)關(guān)系以及地表沉降與拱頂沉降及埋深的函數(shù)關(guān)系，指出隨地表沉降量增大，地表平均沉降斜率增大，且隧道埋深越淺

4、，沉降斜率越大。地表沉降斜率與地表最大沉降量的關(guān)系，可用冪指數(shù)關(guān)系表示。
　　(3)框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降，導(dǎo)致沉降較大的柱所承受的上部荷載減小甚至出現(xiàn)拉力狀況，相鄰柱承受的軸壓力和彎矩增大?？蚣苤g差異沉降越大，則連接兩柱的橫梁所產(chǎn)生的彎矩也越大。根據(jù)實(shí)際工程分析表明，對(duì)于建造年代早的建筑物，由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)要求低，配筋較少，所能抵抗的差異沉降變形能力極差，如本文所選框架結(jié)構(gòu)，單柱沉降下沉2mm、縱向差異沉降率0.32mm/m、橫

5、向差異沉降率0.37mm/m，框架結(jié)構(gòu)中仍然存在由于差異沉降所引起的承載力不足問(wèn)題。在隧道施工具體實(shí)施中，通過(guò)粘鋼法加固了受影響較大的梁，保證了施工安全通過(guò)。因此，不能簡(jiǎn)單地應(yīng)用常規(guī)經(jīng)驗(yàn)2‰傾斜率作為判斷結(jié)構(gòu)可允許的沉降差，具體問(wèn)題還需具體分析。
　　(4)由于風(fēng)荷載是高聳鋼塔結(jié)構(gòu)的主要荷載，在地鐵施工中保證鋼塔結(jié)構(gòu)各獨(dú)立基礎(chǔ)共處一個(gè)平面內(nèi)條件下（即結(jié)構(gòu)的整體傾斜），則鋼結(jié)構(gòu)塔內(nèi)力受差異沉降影響不大。對(duì)所選72m高鋼塔結(jié)構(gòu)，即使基

6、礎(chǔ)存在60mm的差異沉降（斜率4.8‰)，鋼塔構(gòu)件最大應(yīng)力為139.41MPa，也能滿足強(qiáng)度安全要求。但是，施工過(guò)程中由于實(shí)施注漿抬升，穿越工程完成后，4個(gè)塔基礎(chǔ)不再處于同一個(gè)平面內(nèi)，塔基礎(chǔ)最大沉降盡管只有24.09mm，東西最大差異沉降10.26mm（斜率0.82‰），南北最大差異沉降16.87mm（斜率1.35‰），由于塔基處于不同平面的空間狀態(tài)，導(dǎo)致塔結(jié)構(gòu)受力處于拉（壓）、彎和扭共存狀態(tài)，增大了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力，鋼構(gòu)件最大正應(yīng)力增大

7、到173.6MPa。為此，建議地鐵穿越類(lèi)似高聳鋼結(jié)構(gòu)塔時(shí)盡可能保持塔基沉降處在同一個(gè)平面內(nèi)（該平面傾斜率可達(dá)4.8‰），如各塔基的沉降處于空間位置變異狀態(tài)，則要求塔基最大沉降小于24mm，最大差異沉降斜率小于0.82‰。
　　(5)結(jié)合地鐵車(chē)站施工臨近六層砌體居民樓房實(shí)際工程案例研究發(fā)現(xiàn)，地鐵施工引起的差異沉降易造成沉降較大一側(cè)外部墻體及其鄰近墻體產(chǎn)生受拉裂縫。差異沉降較小情況下，如沉降差10mm（地表傾斜率0.57mm/m）時(shí)，

8、拉應(yīng)力出現(xiàn)在樓房結(jié)構(gòu)的首層沉降的墻體上，與首層緊連基礎(chǔ)部分的局部墻體可能會(huì)產(chǎn)生細(xì)微裂紋，不影響結(jié)構(gòu)的安全使用。隨著沉降差異的增大，則會(huì)在二層甚至更高層墻體出現(xiàn)過(guò)大的拉應(yīng)力。如差異沉降為41mm（地表傾斜率2.34mm/m）時(shí)，在一層和二層墻體上大面積出現(xiàn)拉應(yīng)力超限情況，將導(dǎo)致沉降過(guò)大一側(cè)墻體上出現(xiàn)水平向裂縫，與之垂直的鄰近墻體則產(chǎn)生豎向拉伸裂縫。隨著差異沉降的增大，砌體結(jié)構(gòu)的最大壓應(yīng)力亦隨之增大，當(dāng)沉降差達(dá)到41mm（地表傾斜率2.34