臨近建筑物的雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法風(fēng)險(xiǎn)分析及控制★

張 廣 超

(中國建筑東北設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110003)

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臨近建筑物的雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法風(fēng)險(xiǎn)分析及控制★

張 廣 超

(中國建筑東北設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110003)

以沈陽擬建地鐵礦山法區(qū)間側(cè)穿建筑物為例，采用中隔壁工法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法進(jìn)行施工，利用有限元軟件模擬隧道施工過程，重點(diǎn)分析了雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施工時(shí)隧道、建筑物的變形和位移，并進(jìn)行了安全評估，結(jié)果均滿足規(guī)范安全性要求。

雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法，拱頂沉降，差異沉降，隧道

0 引言

近年來我國地鐵建設(shè)異常迅猛，地鐵區(qū)間下穿(側(cè)穿)既有建筑物的情況時(shí)有發(fā)生[1]。因此，采取合適的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，并建立合適的模型進(jìn)行模擬分析，以探究臨近建筑物地鐵區(qū)間施工的風(fēng)險(xiǎn)就顯得尤為重要[2,3]。本文基于沈陽擬建地鐵礦山法區(qū)間側(cè)穿建筑物的實(shí)例，采用有限元軟件(MIDAS/GTS NX)模擬中隔壁(CRD)工法及雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施工的過程，著重研究了雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施工時(shí)地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)、建筑物的位移、變形，并進(jìn)行了安全評估。

1 工程概況

沈陽地鐵某礦山法區(qū)間，地面以下分別為①雜填土、④4礫砂和⑤4礫砂[1]，基礎(chǔ)持力層①雜填土為中等壓縮性土。側(cè)穿一棟2層砌體結(jié)構(gòu)辦公樓，建筑物為地上2層砌體結(jié)構(gòu)，無地下室，基礎(chǔ)形式為條基，位置關(guān)系剖面圖如圖1所示。地鐵區(qū)間分為大、小兩個(gè)斷面，分別采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法和CRD工法進(jìn)行施工，大斷面開挖面積達(dá)130 m2，距離建筑物較近，水平凈距為6.1 m，豎向凈距約為6.7 m。為了減小建筑物基底壓力的擴(kuò)散對地鐵區(qū)間的影響，以達(dá)到控制風(fēng)險(xiǎn)的目的，在建筑物和地鐵區(qū)間之間打設(shè)一排φ600@900鉆孔隔離樁。

2 分析參數(shù)

模型參數(shù)如表1所示。其中，對鉆孔隔離樁的模擬采用一維梁單元，采用等剛度代換原則，確定其厚度為0.314 m；建筑基礎(chǔ)采用二維實(shí)體單元。

表1 模型參數(shù)表

材料容重kN/m3粘聚力kN/m2內(nèi)摩擦角/(°)泊松比彈性模量MPa變形模量MPa模型屬性①雜填土1810100.35—10二維實(shí)體單元④4礫砂20.5232.50.28—22.8二維實(shí)體單元⑤4礫砂21232.50.28—22.8二維實(shí)體單元注漿加固土體2120300.3—50二維實(shí)體單元鋼格柵78.5——0.2206000—一維梁單元初襯25——0.230000—一維梁單元建筑物基礎(chǔ)2018280.3—40二維實(shí)體單元建筑物20——0.310000—一維梁單元鉆孔隔離樁25——0.230000—一維梁單元

3 模型建立

1)邊界條件及荷載。

整個(gè)模型按照實(shí)際尺寸進(jìn)行1∶1的比例建模，如圖2所示。模型長度為100 m，模型高度為40 m。

對整個(gè)模型設(shè)置如下邊界條件：模型底面僅約束y方向的豎向位移，左右兩個(gè)側(cè)面(長度方向)僅約束x方向的水平位移。

施工荷載均為靜荷載，包括模型各部分材料的自重，隧道上方路面車輛而產(chǎn)生的20 kPa均布超載。建筑物底板及中板人員荷載4 kPa。

2)施工步序。

根據(jù)實(shí)際工況，并利用MIDAS-GTS NX的單元“激活鈍化”功能來模擬真實(shí)的施工過程[4]，具體的模擬施工步驟如下：

a.在每一土層上施加重力荷載，進(jìn)行初始地應(yīng)力平衡。

b.激活水平旋噴注漿加固區(qū)。

c.先后鈍化小隧道a，c，b及d號四個(gè)導(dǎo)洞的土體，并且先后激活其初支、型鋼屬性。

d.先后鈍化1號,3號導(dǎo)洞，4號,6號導(dǎo)洞，2號導(dǎo)洞及5號導(dǎo)洞，并且先后激活其初支、型鋼屬性。

e.當(dāng)開挖完成后，通過鈍化中隔壁，模擬拆撐工況。

4 計(jì)算結(jié)果分析

1)地鐵區(qū)間自身變形。

經(jīng)計(jì)算可知，隧道自身最大變形出現(xiàn)在拆除中隔壁時(shí)。篇幅所限，僅給出該施工步序時(shí)的隧道變形，如圖3所示?？芍撌┕げ叫虼髷嗝嫠淼拦绊斪畲蟪两党霈F(xiàn)在2號導(dǎo)洞頂部，為3.68 mm，底部最大隆起出現(xiàn)在5號導(dǎo)洞底部，為3.12 mm；正向水平位移最大值出現(xiàn)在1號導(dǎo)洞左側(cè)，為2.11 mm，負(fù)向水平位移最大值出現(xiàn)在3號導(dǎo)洞右側(cè)，為1.94 mm。相比于大斷面，小斷面隧道的變形指標(biāo)計(jì)算結(jié)果均較小，拱頂處沉降約為0.92 mm，底部隆起約為0.75 mm；正向水平位移為0.65 mm，負(fù)向水平位移約為0.55 mm。

大斷面隧道開挖面積為130 m2，根據(jù)GB 50911—2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[5]，確定為超大斷面。其自身風(fēng)險(xiǎn)等級為一級。建筑物層數(shù)較少，確定為一般建筑物，故周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級為二級。綜合確定工程監(jiān)測等級為一級，進(jìn)而確定各項(xiàng)位移、變形指標(biāo)的允許值，如表2所示?？芍?，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

表2 大斷面變形計(jì)算值與規(guī)范允許值對比表

2)建筑物沉降。

同上，經(jīng)計(jì)算可知，建筑物基礎(chǔ)最大沉降出現(xiàn)在拆除中隔壁后。篇幅所限，僅給出該施工步序時(shí)建筑物沉降，如圖4所示?？芍?，建筑物基礎(chǔ)距離大斷面隧道越近，沉降值越大，反之越小——建筑物沉降表現(xiàn)出向大斷面隧道傾斜的特征。其中最大沉降值為3.86 mm，小于GB 50911—2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[2]規(guī)定的10 mm～30 mm。由建筑物基礎(chǔ)左、右兩側(cè)沉降可得，基礎(chǔ)差異沉降值為0.000 3l，亦小于GB 50911—2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[2]規(guī)定的0.001l～0.002l。

5 結(jié)語

本文經(jīng)過分析，得到如下結(jié)論及建議：

1)施工鉆孔隔離樁后，進(jìn)行地鐵隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施工，隧道的拱頂沉降、底部隆起及凈空收斂均小于GB 50911—2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范規(guī)定的允許值，滿足安全性要求；

2)施工鉆孔隔離樁后，進(jìn)行地鐵隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法施工，建筑物基礎(chǔ)的沉降、差異沉降，均小于GB 50911—2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范規(guī)定的允許值，滿足安全性要求；

3)鉆孔隔離樁有效地控制了建筑物基礎(chǔ)的沉降，并減小了建筑物基礎(chǔ)壓力對隧道的影響，是一種有效的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

[1] 劉少敏.淺談地鐵區(qū)間下穿復(fù)雜鐵路處理措施[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2016(7)：208-210.

[2] 蘭守奇,張慶賀,華漢興,等.地鐵區(qū)間隧道的風(fēng)險(xiǎn)管理與監(jiān)督[J].低溫建筑技術(shù),2007(4):122-123.

[3] 劉仁輝,于 渤,金 真.基于區(qū)間估計(jì)的地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)篩選[J].預(yù)測,2012,31(2):62-66.

[4] 陳建勛,軒俊杰,喬 雄.淺埋黃土隧道中系統(tǒng)錨桿支護(hù)作用的數(shù)值模擬[J].長安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011(1):59-62.

[5] GB 50911—2013,城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

On analysis of construction methods for two-side pilot tunnel in adjacent buildings and their control★

Zhang Guangchao

(China Northeast Architectural Design & Research Institute Co., Ltd, Shenyang 110003, China)

Taking the building side penetrating the section of planned subway mine method in Shenyang as the example, the paper adopts the median septum construction method and double side wall tunnel to undertake the construction, adopts the finite element method to simulate the tunnel construction, analyzes the deformation and displacement of tunnels and buildings in the two-side pilot tunnel, undertakes the safety evaluation, and proves the result can meet the demands for the regulation.

two-side pilot tunnel method, arch top settlement, difference settlement, tunnel

1009-6825(2017)16-0065-03

2017-03-27★：中國建筑工程總公司中建股份科技研發(fā)基金(基金號：CSCEC-2016-Z-20-3)

張廣超(1980- )，男，高級工程師

U452

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