既有建筑安全性的檢測與評估
——以安徽國際五金機電商貿城E區2#樓為例

陳東生 （安徽建工檢測科技集團有限公司，安徽 合肥 230031）

1 工程概況

地鐵隧道施工中經常遇到的問題是相鄰建筑物的不均勻沉降，其造成的社會危害和安全影響會帶來不可估量的損失[1]。例如：北京地鐵10 號線地鐵隧道施工曾導致周邊部分道路塌陷和人員遇難情況[2]；上海地鐵4 號線施工導致地面大范圍塌陷，3 棟建筑物發生嚴重傾斜[3]；南京地鐵隧道施工造成漢中路地面塌陷，致使天然氣管道斷裂爆燃，將路面炸出大坑[4]。

由于軌道交通施工會引起附近建筑物沉降，本研究以安徽國際五金機電商貿城E 區2#為研究對象，探究地鐵軌道交通6 號線一期工程對既有建筑物安全性的影響。通過建筑地基分析房屋傾斜程度和監測沉降數據，對房屋承重結構、穩定性、耐久性和損傷結構進行檢測，同時進行驗算分析和評估，采用數值模擬的方法對既有建筑物風險等級劃分及評定，最后給出相應的評估結論和意見[5]。

1.1 工程概述

安徽國際五金機電商貿城E區2#樓是由合肥市明利房地產開發有限公司負責投資和建設，安徽華盛國際建筑（中美合資）設計工程咨詢有限公司設計的，工程于2008 年建成并投入使用至今。該工程是地上一層的框架結構，位于合肥市當涂路與淝河路交口，設計尺寸為91．4m×7．5m（685．5 m2）。2020 年6月，中鐵第一勘察設計院集團有限公司委托檢測站對該工程進行檢測、評估，排除軌道交通6 號線一期工程對既有建筑周邊范圍影響，確保結構安全使用[6]。

1.2 既有建筑物結構設計概況

該構筑物主體為地上的一層框架結構，設計的使用年限是50年，一層4．5m層高，埋深約為2．0m。建筑物外立面現狀見圖1。

圖1 安徽國際五金機電商貿城E區2#樓外立面現狀

1.3 軌道交通區間工程概況

朱崗站～伊寧路站線路出朱崗站后，向東沿太湖路穿過銅陵路高架橋，后向東南方向偏轉，下穿海頓學校，側穿安徽國強鋼材交易中心，沿堯渡河路地下敷設，進入伊寧路站。

區間隧道采用雙洞雙線圓形斷面，凈空直徑為5500mm。區間沿線左側環境風險源主要有建筑有碧湖云溪步行街商鋪、銅陵路高架、碧湖云溪小區怡湖園6#樓、海頓學校、五金機電商貿城，右側主要建筑有綠地·海頓公寓一期工程2#樓、安徽國強鋼材交易中心、五金機電商貿城。區間周邊環境風險源平面示意圖見圖2。

圖2 區間沿線環境風險源平面示意圖

1.4 建筑物與區間工程相對位置關系

軌道線隧道正穿安徽國際五金機電商貿城E 區2#樓，建筑物采用柱下獨立基礎，基礎埋深約為2．00m，基礎底距隧道拱頂約為14．94m。本區間隧道埋深15．60～20．40m，隧道穿越的地層主要為黏土層、E1dn5-1-1 全風化砂質泥巖層、E1dn5-2-1 全風化泥質砂巖層。隧道與建筑物相對位置關系平面示意圖見圖3，建筑物基礎與隧道相對位置關系剖面示意圖見圖4。

圖3 建筑物與隧道相對位置關系平面示意圖

圖4 建筑物與隧道相對位置關系剖面示意圖

2 安徽國際五金機電商貿城E區2#樓檢測過程

城市軌道交通影響范圍內既有建筑的檢測較一般城市老舊建筑的檢測相對更加嚴格，對檢測的科學性要求也更高。檢測過程不僅需要對房屋的結構穩定性等指標進行評估，更需要為后續房屋病害處理提供理論和數據指導意義[7]。

2.1 檢測依據和目的

該高架橋梁的檢測標準執行國家和行業現行法規、政策以及標準。為了針對既有建筑的安全性、穩定性進行分析和預測，需要先通過現狀調查、結構安全性、實地檢測來鑒定房屋現狀使用情況，并基于此為依據計算分析。最后綜合上述因素對既有建筑現狀并做出評估，分析既有房屋結構的安全性，如若房屋安全性得不到滿足時，需要重新對軌道方案重新計算分析，對建筑加固或拆除，并再次迭代優化，直至滿足安全性為止。并對既有房屋風險等級評定及劃分，結合隧道后續施工情況，給出工程的風險等級，并對既有房屋使用狀態進行最終評判并提出相關建議[8]。

2.2 檢測方法

基于對委托方和項目方提供的既有構筑物工程資料調查，對房屋歷史和現狀進行深入了解，通過工程地質概況分析巖土成因、性質和特征，并結合當地水文水利條件進行綜合考察。

2.3 檢測結果

該工程由中美合資安徽華盛國際建筑設計工程咨詢有限公司設計，合肥市明利房地產開發有限公司投資建設，工程于2008 年建成并投入使用至今，部分設計圖紙資料齊全。

南淝河兩岸低階地區的水文地質條件較差，含水層較厚，土壤主要為粉土、粉細砂，因此土壤滲透系數大，易受上層滯水、第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙水的影響。合肥市軌道交通6 號線工程以地下形式穿過的南淝河對區間隧道會產生一定的影響。沿線地下水水質良好，地下水對混凝土結構略有腐蝕性。因建筑地基長期處于地下水中，因此混凝土結構中鋼筋也容易受到腐蝕，尤其是在干濕交替條件下，地下水對混凝土結構中鋼筋腐蝕性會加強。

建筑整體的承載狀態良好，各觀測點的傾斜率均符合規定標準，在檢測中未發現主體構筑物和地基中因鋼筋銹蝕引起的順筋裂縫、保護層剝落等異常現象，未發現明顯裂縫、其他異常變形和明顯外觀質量缺陷等現象。

3 安徽國際五金機電商貿城E區2#樓的安全評估

3.1 既有結構安全性驗算、評估與分析

驗算依據與參數來源于2010 版的中國建研院研制的PKPM 計算程序，并嚴格按照國家現行規范及現場實測數據對上部承重結構進行復核[9]。上部承重結構構件承載力驗算根據現場實測結果，經結構復核得出主體結構構件，滿足規范承載力的要求[10]。

現用三維數值模擬分析合肥地鐵6號線朱崗站～伊寧路站區間隧道盾構施工對安徽國際五金機電商貿城E區2#樓的影響。本次數值模擬計算采用PLAXIS 3D 軟件進行計算。模型長寬高為400m×190m×65m，使結構到模型邊緣的距離大于25m，采用15 節點三角形單元進行劃分。

圖5-圖8 給出了不同工況下土體的沉降云圖。計算表明，盾構產生的地層損失使得隧道底部產生了隆起，隧道頂部產生沉降。在隧道軸線附近的土體豎向沉降較大，遠離軸線位置的土體豎向沉降相對較小。

圖5 左線貫通時土體豎向沉降云圖

圖6 雙線貫通時土體豎向沉降云圖

圖7 雙線貫通時土體橫斷面豎向沉降云圖

圖8 雙線貫通時土體總位移趨勢圖(放大1200倍)

圖9-圖13 給出了不同施工階段既有建筑的豎向沉降與側向位移分布情況，計算表明，盾構施工使鄰近建筑基礎產生的變形相對較大，而遠離盾構工作面的建筑基礎變形相對較小。

圖9 左線貫通時既有建筑豎向沉降云圖

圖10 雙線貫通時既有建筑豎向沉降云圖

圖11 左線貫通時既有建筑側向位移云圖

圖12 雙線貫通時既有建筑側向位移云圖

圖13 雙線貫通時既有建筑總位移趨勢圖(放大1600倍)

圖14 給出了不同施工階段地面橫斷面沉降曲線，可見左線穿越后，左線中心軸正上方地表產生最大豎向沉降-3．69mm；雙線貫通后，在雙線對稱軸正上方地表土體產生最大豎向沉降-7．16mm。

圖14 盾構誘發地面的沉降曲線

3.2 既有建筑物風險等級劃分及評定

本建筑屬于一般設施，區間隧道正穿該建筑物，結合建筑物安全現狀、工程地質水文地質條件、軌道工程施工方法及模擬施工定量分析結果，風險等級評定為Ⅱ級。

4 評判結論及建議

4.1 既有結構安全性評估

被測建筑物外墻頂點側向位移、基礎最大整體傾斜、相鄰柱基沉降差均未超出同類建筑基礎變形的允許限值，可滿足正常使用條件下安全要求。

4.2 既有建筑物基礎變形能力評價及預測

根據檢測結果以及數值模擬計算結果：該既有建筑物最大基礎整體傾斜為0．57‰，模擬施工引起建筑物基礎最大整體傾斜為0．21‰，預測基礎總最大整體傾斜為0．78‰；該建筑物既有最大相鄰柱基沉降差為0．00060L，模擬施工引起最大相鄰柱基沉降差為0．00026L，預測最大相鄰柱基沉降差為0．00086L。兩指標均未超出同類建筑基礎變形的限值(4‰及0．002L)。該建筑物基礎剩余整體傾斜值為3．43‰，剩余相鄰柱基沉降差為0．0014L。

4.3 既有建筑物結構變形的控制指標

綜合上述分析結果及建筑物的現狀情況，區間隧道盾構施工引起建筑物變形控制指標可按基礎整體傾斜不超過3．43‰、相鄰柱基沉降差不超過0．0014L進行控制。

4.4 既有建筑物使用狀態綜合評判

綜上所述該工程可滿足正常使用條件下安全要求。隧道盾構施工引起的建筑物基礎預估變形量未超過剩余變形量，風險可控，建筑物無須拆除。該工程風險等級為Ⅱ級，應實施風險防范與監測，制定風險處置措施。

4.5 建議

盾構通過前對盾構機進行檢查、維修，施工時需勻速緩慢地不停機推進；

盾構采取“土壓平衡、同步注漿、適當速度勻速通過”的原則制定具體掘進措施和參數；

在管片上增設注漿孔，根據地質及掘進情況，選擇合適的時機對隧道周邊一定范圍內的地層進行注漿；

施工過程中加強動態監測，控制好盾構機姿態；

合理設置螺旋機轉速，維持土倉內土壓穩定，減少土體應力波動；

施工前應制定詳細施工方案，盾構施工過程中，進行系統、全面地監控測量，實行信息化施工；

實施合理有效的減振措施，降低軌道交通投入運營后對周邊房屋產生的噪聲、振動等影響。