基于數值模擬的盾構正穿建筑物相互影響分析

傅雅莉FU Ya-li

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣州510000）

1 工程概況

南昌市軌道交通1號線一期工程八一館站～八一廣場站盾構區間（CK14+418.597～CK15+373.550）單線長954.953m，該區間段穿越老城區，沿線建構筑物眾多，且區間周邊建筑年代久遠，樁基大都未深入巖層，施工風險較大。其中，青少年宮位于中山路與百花洲路三叉路口東北側，中山路75-77號，主樓為10層砼結構，裙房為4～7層混合結構，基礎為400×400預制方樁，樁長12.0m，樁底標高5.6～6.8m，樁底位于砂礫卵石層。

2 工程地質及水文地質

八～八區間地層巖性由人工填土（Qm l）、第四系全新統湖積層（Q4l）、第四系上更新統沖積層（Q3al）、下部為第三系新余群基巖（Exn）等4個巖層組成。自上而下依次劃分為①1雜填土層、②1粉質粘土、③3中砂層、③6圓礫層、③5礫砂層、⑤1泥質粉砂巖。盾構隧道主要穿越地層以⑤1-2中風化泥質粉砂巖為主。局部穿越③6-j礫砂、⑤1-1強風化泥質粉砂巖、⑤1-3微風化泥質粉砂巖。

3 盾構下穿建筑物的模型分析

3.1 模型建立 選取少年宮建筑L型框架結構為研究對象，對其進行適當簡化處理，將建筑上部結構簡化成地上6層和11層框架結構。

為消除模型邊界效應影響，計算范圍取3～5倍洞徑，故模型尺寸為：橫向60m，豎向頂部取至地表，共46m，縱向（隧道掘進方向）長100m。模型中，土層采用實體單元模擬，選用Mohr-Coulomb本構模型，樁基承臺基礎及管片采用實體單元模擬，選用各向同性彈性本構模型，梁和柱均采用beam單元，樁采用pile單元。

模型的邊界條件：左、右兩邊x方向水平約束，前、后y方向水平約束，底部z方向豎向約束，上表面自由。

計算分析中，根據現有的地質資料和相關規范，采用如表1所示的圍巖物理力學參數。

圖1 青少年宮平面圖

表1 主要圍巖物理力學參數

3.2 結果分析

3.2.1 地層變形分析 為了分析盾構隧道掘進施工對上部既有南昌市少年宮建筑的影響分析，選取具有代表性的3個斷面進行分析，斷面位置如圖2所示。

圖2 選取的典型斷面布置示意圖

其中，斷面a（Y=72.5m）位置主要為盾構隧道開始進入上部建筑區域，斷面b（Y=51.5m）位置為盾構隧道位于建筑物中部，斷面c（Y=30.5m）位置主要為隧道掘進掌子面將要離開建筑物。

圖3表示的是盾構隧道施工完成之后整體沉降云圖。

圖3 整體沉降云圖（單位：m）

從圖3可以看出，盾構隧道施工引起周圍一定范圍內地層移動，并延伸至地表，產生明顯的沉降槽，最大沉降值可達4.0～5.0cm。此外，受建筑物樁基礎及施工順序的影響，在穿越建筑物段，橫斷面上沉降具有顯著不對稱性。

3.2.2 青少年宮建筑結構影響分析 隧道開挖對土體擾動，使臨近建筑物地基可能產生不均勻沉降，這是建筑物發生傾斜的主要原因。嚴重傾斜不僅影響建筑工程的正常使用，而且危及工程安全。

由圖4和圖5顯示，建筑物邊柱的橫向傾斜位移隨著盾構施工掘進逐漸增大，頂部測點E橫向傾斜位移最大為-91.94mm，基本接近規范允許值，比較危險。

圖4 邊柱頂部測點橫向傾斜位移隨隧道開挖變化曲線圖

圖5 邊柱頂部測點縱向傾斜位移隨隧道開挖變化曲線圖

青少年宮邊柱的縱向傾斜變化基本一致，縱向傾斜量較大主要發生在右線隧道下穿建筑后50m到左線隧道開挖至35m的過程中，對比橫向傾斜位移，縱向傾斜位移受隧道施工影響較小，縱向傾斜位移最大為邊柱GH上的測點G，其值為-26.3mm，此后隨著隧道穿過建筑物后，由于隧道施工引起地層局部擾動，建筑物縱向傾斜位移又逐漸增大。

地鐵隧道下穿青少年宮施工過程中，建筑物存在區域的傾斜位移接近允許值。從各點的傾斜值差來看，建筑物橫向及縱向位移均表現出不均性，可能在其垂直面和水平面內產生扭轉變形，導致墻體出現裂縫，從而建筑存在一定的安全風險。

4 結語

青少年宮受盾構雙線下穿影響，地層存在二次擾動，其隧頂巖層覆蓋約為2m，上部的富水礫砂圓礫層自穩性極差，在盾構穿越過程中將對建筑物造成較大影響，存在高風險，需提前進行加固處理。建議：①建筑物南端部分采取雙液注漿隔離；②在左右線隧道穿越建筑物出入口附近，對隧道及附近松散土體進行加固；③右線先行，然后進行洞內深孔注漿，隧道采用特殊管片。

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