大斷面暗挖區(qū)間側(cè)穿對既有建筑物的影響

孫彤

（中鐵第五勘察設(shè)計研究院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

隨著城市交通擁堵、交通安全和環(huán)境污染問題日益凸顯，軌道交通出行方式得到認(rèn)可，而軌道交通工程多以地下工程為主且通常建設(shè)在城市擁擠地段,建設(shè)過程中不可避免要穿越各種既有地面及地下工程結(jié)構(gòu)，尤其以穿越地面密集建筑物群的情況最為普遍；因此，施工控制重點(diǎn)和難點(diǎn)之一就是采取有效保護(hù)措施，盡可能降低對建筑物的破壞程度[1～5]。

長春市軌道交通6號線岱山公園站—飛躍廣場站區(qū)間周邊以長春一汽汽車廠老舊小區(qū)為主，區(qū)間隧道、基坑側(cè)穿既有汽車廠三十三街區(qū)612#、613#居民樓，本文采用數(shù)值分析方法進(jìn)行施工過程的三維動態(tài)模擬并結(jié)合現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，分析采取的保護(hù)措施是否達(dá)到預(yù)期的效果，保證隧道及影響區(qū)域內(nèi)建筑物的安全。

1 工程及地質(zhì)情況

1.1 工程概況

長春市軌道交通6號線工程岱山公園站—飛躍廣場站區(qū)間總長度為1 049.535 m，縱向?yàn)閱蜗蚱拢畲笃露葹?3.3‰，最小坡度5‰，隧道埋深結(jié)構(gòu)頂板覆土約為5.3～10 m。區(qū)間兩側(cè)建筑主要為一汽汽車廠居民樓、岱山公園等。其中，左線聯(lián)絡(luò)線距道路東側(cè)汽車廠三十三街區(qū)612#、613#居民樓4.5 m，采用暗挖法和盾構(gòu)法施工；區(qū)間停車線、6號線和7號線聯(lián)絡(luò)線、單渡線采用礦山法施工；鄰近DN2 000 mm污水管、2 500 mm×5 000 mm雨水箱涵處采用盾構(gòu)法施工。見圖1。

圖1 區(qū)間平面

1.2 地質(zhì)水文情況

區(qū)間屬于水文地質(zhì)Ⅰ單元，勘察觀測到一層地下水，潛水（二）。含水層為粉質(zhì)黏土、風(fēng)化巖；穩(wěn)定水埋深3.30～5.20 m，標(biāo)高204.17～215.4 m。

潛水（二）主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給，以蒸發(fā)、向下越流方式排泄。地下水流向地形總體坡度一致，具有明顯的豐、枯水期變化，豐水期水位上升，枯水期水位下降，地下水位變幅一般在2.0 m/a左右。

2 區(qū)間周邊情況

區(qū)間左線停車線大斷面隧道、基坑開挖邊線與既有613#居民樓及樓前裙樓最近水平距離分別為4.15、12.41 m。

區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)線斷面覆土較淺，拱部打設(shè)大管棚+小導(dǎo)管，加強(qiáng)超前支護(hù)。初支施工過程中及時進(jìn)行初支背后注漿，多導(dǎo)洞開挖時應(yīng)多次補(bǔ)注漿，嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量，保證注漿效果，必要時進(jìn)行多次補(bǔ)漿。區(qū)間聯(lián)絡(luò)線大斷面與房屋鄰近處設(shè)置φ1 000 mm@1 600 mm的鉆孔隔離樁并對樁間進(jìn)行旋噴，隔離樁外側(cè)采用φ600 mm@400 mm三重旋噴樁。

3 數(shù)值分析

采用三維有限元計算軟件ABAQUS，根據(jù)設(shè)計圖紙、施工方案、施工工序，對施工影響范圍內(nèi)的土層及建（構(gòu)）筑物建模，計算施工全過程中土層、地面變形動態(tài)過程，得到地面最終的變形值。見圖2。

圖2 區(qū)間三維模型

計算結(jié)果顯示：隨著基坑降水、隧道和基坑開挖，612#居民樓及樓前裙樓結(jié)構(gòu)周邊地表位置沉降呈現(xiàn)先增大后逐漸平穩(wěn)趨勢，綜合考慮降水和開挖的影響，最大沉降和最大差異沉降率均在樓前裙樓位置，沉降最大值約為16.37 mm，最大差異值約為16.06 mm，最大差異沉降率約為0.97‰；居民樓沉降最大值約為9.81 mm，最大差異沉降率約為0.72‰。建筑物結(jié)構(gòu)東西方向最大水平位移約為13.79 mm，南北方向最大水平位移約為4.42 mm。東西方向最大水平位移在樓前裙樓位置，居民樓東西方向最大水平位移約為8.40 mm。見圖3。

圖3 612#樓沉降變形

613#居民樓及樓前裙樓結(jié)構(gòu)最大沉降和最大差異沉降率均在樓前裙樓位置，沉降最大值約為15.23 mm，最大差異值約為15.23 mm，最大差異沉降率約為1.47‰；居民樓沉降最大值約為5.63 mm，最大差異沉降率約為0.35‰。建筑物結(jié)構(gòu)東西方向最大水平位移約為16.25 mm，南北方向最大水平位移約為5.17 mm。東西方向最大水平位移在樓前裙樓位置，居民樓東西方向最大水平位移約為7.35 mm。

根據(jù)最不利原則，參考數(shù)值模擬計算結(jié)果、國內(nèi)類似工程經(jīng)驗(yàn)，對612#、613#居民樓及樓前裙樓結(jié)構(gòu)推薦控制指標(biāo)值見表1。

表1 建筑物結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)

建立模型計算及分析必須采取一定的假設(shè)和簡化且軟件模擬無法考慮評估階段前其他施工產(chǎn)生的附加影響，計算結(jié)果雖可以反映區(qū)間隧道、基坑結(jié)構(gòu)施工期間612#、613#居民樓及樓前裙樓結(jié)構(gòu)實(shí)際變形趨勢，但由于實(shí)際建筑物結(jié)構(gòu)、周邊環(huán)境及條件的復(fù)雜性和不確定性，使得所建模型與工程實(shí)際難以做到完全吻合；因此在施工過程中，一些關(guān)鍵要點(diǎn)的控制和加固施工將會直接影響到居民樓及樓前裙樓結(jié)構(gòu)的安全。

4 監(jiān)測及控制效果

開挖前布置樓體監(jiān)測點(diǎn)及地表沉降橫向監(jiān)測斷面，在施工過程中每天進(jìn)行2次監(jiān)測，在工程開始直至工程完畢后監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定為止。

地表沉降最大值為130.07 mm，隧道內(nèi)拱頂變形沉降最大值為7.32 mm，建筑物裙樓沉降最大值為28.37 mm，主樓沉降最大值為6.05 mm。說明在樓房與區(qū)間設(shè)置的隔離樁對控制沉降變形作用較大。

聯(lián)絡(luò)線、停車線暗挖區(qū)間二襯施工完成后，居民樓墻體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)裂縫等異常情況。左線聯(lián)絡(luò)線大斷面?zhèn)却┚用駱沁^程中，變形基本穩(wěn)定，風(fēng)險管控效果較好。

5 結(jié)語

暗挖大斷面施工是高風(fēng)險項(xiàng)目，尤其近距離旁穿既有建筑物施工風(fēng)險極大，通過采用隔離樁、旋噴樁，能夠有效地減少變形，保障周邊建筑物及周邊環(huán)境的穩(wěn)定性。數(shù)值模擬分析與實(shí)際數(shù)值有差異，但相差不大，證明分析結(jié)果具有一定的參考性，建議在類似側(cè)穿鄰近重要建筑物的地鐵工程中，通過數(shù)值模擬分析后，采用經(jīng)濟(jì)合理有效的設(shè)計進(jìn)行保護(hù)，減小建筑物變形及對既有建構(gòu)筑物產(chǎn)生的影響。