近接建（構）筑物的地鐵區間施工影響研究

[摘? 要]：近接于建（構）筑物的地鐵設計施工不當極易造成周邊結構的變形，給既有結構的正常使用帶來極大風險。文章依托昆明地鐵7號線王筇路站—大塘子站區間，應用數值模擬的手段研究近接于建筑物的盾構區間施工對既有結構的影響，并考慮既有結構附加荷載的影響研究盾構結構的受力與變形，指導地鐵區間設計施工。研究結果發現地鐵7號線的施工對融創春風十里A9地塊影響在可控范圍內，地鐵開挖施工不會對該地塊地下室結構及樓體結構造成危害，無需增加阻隔措施。另由于A9地塊樓體結構的附加荷載，對盾構區間影響較小，滿足行車要求。

[關鍵詞]：地鐵; 盾構管片; 隧道建筑限界

U452.2+6A

隨著城市地下空間的發展，越來越多的地鐵施工近接于各種構建筑物，研究新建地鐵區間對周邊基坑、樁基等構建筑物的影響時亟需解決的工程實際問題[1]。

淺埋地鐵施工一般在區間中心對應的地表位置造成的沉降最大，由正上方中線向周邊逐漸減小[2]，習慣稱該沉降曲線為“沉降槽”。Loganathan等[3]以工程實例為依托研究了隧道施工造成地層沉降的規律以及對周邊建（構）筑物的影響。韓煊[4]收集了國內 8 個地區 30 多組隧道施工造成地表沉降的數據進行擬合分析，探討了經驗公式——“Peck 公式”在我國隧道施工地表沉降變形的適用性。朱才輝等[5]總結我國20多個城市地鐵施工地表沉降數據，研究了隧道埋深與隧道半徑、地質條件和施工方法對地表最大沉降量、沉降槽寬度和地層損失率的關系。張頂立等[6]從地層土、地層土的細觀結構和地層環境3個方面研究了隧道施工造成地層變形的過程和變形機制，揭示了復雜地層的變形機制。仇文革[7]在總結了國內外相關研究成果的基礎上將隧道近接施工分區按照影響由弱至強的順序，將施工影響區域劃分為“無影響區”“弱影響區”和“強影響區”

本文依托昆明地鐵7號線王筇路站-大塘子站區間，該盾構區間近接于融創春風十里A9地塊，最近水平距離7.4 m，通過數值模擬的手段研究地鐵開挖卸荷對既有地下結構的影響，為設計施工提供指導。

1 依托工程概況

地鐵7號線功能定位為昆明市城市快速軌道交通重要的填充線，連接高新區、南市區和經開區。線路起于五華區普吉村，止于經開區清水村，線路沿普吉路、京昆高速、科普路、海源路、運糧河、草海、廣福路和呈黃快速路布設。

線路全長42.2 km，采用全地下線敷設，設車站30座，平均站間距1.435 km。全線設一段兩場，在五華區水節箐設車輛段、在廣衛和清水村設停車場。設主所3座，分別為福海主所（5、7號線共用），向化主所和倪家營主所（7、9號線共用）。

其中7號線王筇路站—大塘子站區間近接融創春風十里項目A9地塊，區間采用盾構法施工，平面關系如圖1所示。

A9地塊為昆明融創春風十里項目的重要組成部分之一。位于大塘路及京昆高速所夾象限西南方向。A9地塊用地紅線平面不甚規則，近似平行四邊形。用地紅線進入規劃7號線控制規劃線范圍。

2 近接關系

2.1 平面關系

昆明融創春風十里項目A9地塊位于地鐵7號線王笻路站—大塘子站區間中后部分（按里程由小至大），A9地塊對應地鐵7號線影響里程范圍約為YAK3+261.525～YAK3+611.825，影響長度范圍約為350.300 m。具體空間關系如下，平面關系如圖2所示。

（1）地下室基礎外邊緣與地鐵7號線區間隧道外邊緣平面凈距范圍為7.4～8.6 m。

（2）高層建筑外邊緣與地鐵7號線區間隧道外邊緣平面凈距范圍為26.9～66.6 m。

（3）商業配套外邊緣與地鐵7號線區間隧道外邊緣平面凈距范圍為81.9～90.3 m。

鐵路與公路王騰： 近接建（構）筑物的地鐵區間施工影響研究

2.2 剖面關系

地鐵7號線王笻路站—大塘子站區間采用盾構法施工，盾構隧道內徑5.5 m，外徑6.2 m，幅寬1.2 m。區間縱坡按里程由小至大（王笻路站—大塘子站）為單向下坡，最大坡度為12‰，隧道頂部埋深亦按里程由小至大逐漸增大，地下室范圍內隧道頂部埋深范圍約為12.4 m～15.5 m。

A9地塊基礎原設計采用長螺旋灌注樁方案，高層建筑及純地下室范圍樁徑均為0.5 m，高層建筑樁長30 m，純地下室樁長20 m， 高層建筑筏板厚度1.2 m，純地下室筏板厚度0.6 m。

（1）純地下室底板位于地鐵隧道管片外邊緣上方，豎向距離為7.4～9.3 m，基礎樁樁底位于地鐵隧道管片外邊緣底部下方4.5～6.4 m。

（2）高層建筑底板位于地鐵隧道管片外邊緣上方，豎向距離約為9.2 m，基礎樁樁底位于地鐵隧道管片外邊緣底部下方約14.6 m。

通過上述描述將最不利（距離最近）斷面如圖3所示。

3 施工影響數值分析

3.1 數值計算模型

本次計算采用大型通用有限元分析軟件，通過建立二維模型（縱向長度1 m，前后面固定的平面應變分析），分析7號線施工對融創春風十里A9地塊最北端（地鐵線路埋深最淺，距離樓體結構最近）的影響。

結合區間隧道的空間尺寸，為避免尺寸效應對計算結果的不利影響，擬定模型X方向（東西方向）取100 m，Z方向（深度方向）按實際地質情況取60 m，Y方向取單位長度1 m。土體采用實體單元模擬，盾構管片、地下室結構、樓體、底板以及樁分別采用2D板單元、殼單元模擬，采用四面體網格，能夠得到較好的計算結果。土體采用基于莫爾庫倫準則的彈塑性本構模型，混凝土結構采用彈性本構模型，據實開展相關計算工作。模型如圖4所示，數值計算模型結構構件尺寸及物理力學參數如表1所示，圍巖物理力學參數如表2所示。

3.2 數值模擬步驟

由于本計算主要分析盾構區間施工對樓體及樁基的影響，因此設定施工步驟如下：初始應力平衡—既有樓體基坑開挖，樁基、底板施工—地下室結構施工、回填—7號線右線隧道開挖（圍巖釋放率20%）—7號線右線隧道管片（圍巖釋放率80%）—7號線左線隧道開挖（圍巖釋放率20%）—7號線左線隧道管片（圍巖釋放率80%）。

3.3 影響結果與分析

由于篇幅原因，典型計算云圖（既有結構位移）如圖5所示。將各個工況數值計算結果，繪制位移變化見圖6，內力變化如圖7所示。

7號線區間隧道開挖對既有樓體結構的影響：

（1）地下室結構（A-A斷面）有上抬的趨勢，結構最大上抬3.15 mm，最大位移位于地下室最東側，靠近7號線右線區間一側;樓體結構（C-C斷面）有上抬的趨勢，結構最大上抬3.22 mm，最大位移位于樓體最東側，靠近7號線右線區間一側。

（2）地下室結構（A-A斷面）將發生水平向變形，具體為地下室結構及樁基靠近7號線一側發生向東（7號線區間方向）側變形，東側樁基下部發生向西（背離7號線區間方向）側變形，最大變形1.18 mm;樓體結構（C-C斷面）將發生水平向變形，具體為地下室結構及樁基靠近7號線一側發生向東（7號線區間方向）側變形，樓體結構高樓層部分發生向西一側變形，最大變形1.66 mm。

（3）地下室結構（A-A斷面）內力變化在7號線施工過程中內力變化幅度較小，正彎矩最大變化量約為0.11%，最大變化量在倒數第二個工況達到。負彎矩最大變化量約為0.19%，最大變化量在最后一個工況達到;樓體結構（C-C斷面）內力變化在7號線施工過程中內力變化幅度較小，正彎矩最大變化量約為0.1%，負彎矩最大變化量約為0.46%，最大變化量均在最后一個工況達到。

辦公樓的存在對于盾構管片結構相當于左側增加了豎向荷載，取最不利工況及C-C斷面，盾構管片變形如圖8所示，管片彎矩如圖9所示。

管片結構豎向變形最大3.33 mm，水平最大正向變形2.7 mm，水平最大負向變形2.5 mm，可見由于樁基的存在，樓體附加荷載對管片不均勻影響較小，豎向變形為地鐵結構的初始變形，可通過后續軌道鋪設調整高差，不影響行車安全。結構最大軸力為460 kN（受壓），結構最大彎矩45 kN·m，結構最大剪力25.6 kN，均滿足結構的強度要求。通過位移及受力的分析，樓體附加荷載對管片結構的安全性無影響。

4 結論

地鐵7號線的施工對融創春風十里A9地塊項目有一定影響，均在可控范圍內，地鐵開挖施工不對該地塊地下室結構及樓體結構造成危害，無需增加阻隔措施。另由于A9地塊樓體結構的附加荷載，對盾構區間影響較小，滿足行車要求。

參考文獻

[1] 程光華，王睿，趙牧華，等.國內城市地下空間開發利用現狀與發展趨勢[J].地學前緣，2019，26（3）：39-47.

[2] Peck R. B. Deep excavations and tunnelling in soft ground[A]. Proceedings of 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering[C]. Mexico City： State of the Art Report， 1969： 225-290.

[3] Loganathan N.， Poulos H. G. Analytical prediction for tunnelling-induced ground movements in clays[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering， 1998， 124（9）： 846-856.

[4] 韓煊， 李寧， J. R. Standing. Peck公式在我國隧道施工地面變形預測中的適用性分析[J]. 巖土力學， 2007， 28（1）： 23-28， 35.

[5] 朱才輝， 李寧. 隧道施工誘發地表沉降估算方法及其規律分析[J]. 巖土力學，2016， 37（S2）： 532-542.

[6] 張頂立， 李倩倩， 房倩， 等. 隧道施工影響下城市復雜地層的變形機制及預測方法[J]. 巖石力學與工程學報， 2014， 33（12）： 2504-2516.

[7] 仇文革. 地下工程近接施工力學原理與對策的研究[D]. 成都： 西南交通大學，2003.