矿山法区间下穿建筑物保护方案研究

摘要：随着我国城市轨道交通的快速发展,采用矿山法施工的隧道越来越多。矿山法隧道施工过程中, 会对周边土体产生扰动，从而导致周边地表及建筑物产生附加沉降及倾斜，影响到周边建筑物的安全。本文以北京地铁10号线二期丰台站～前泥洼站矿山法隧道下穿大从大厦为例， 介绍了采用的施工保护措施，从而保证周边建筑物的安全以及隧道施工顺利进行。

关键词：矿山法隧道；下穿；建筑物；沉降及倾斜；保护措施

中图分类号： U45 文献标识码： A

Abstract: With the rapid development of city rail transit in China, more and more tunnel constructed with mine tunnelling method. The tunnel construction process with mine tunnelling method, will produces the disturbance to the surrounding soil, which leds to the surrounding ground and building additional settlement and inclination, affects the building safety. Taking the Beijing Metro Line 10 Fengtai~ Qianniwa Railway Station tunnel crossing DaCong Building which is built with mine tunnelling method for example,it introduces the construction protection measures adopted, so as to ensure the safety of the surrounding buildings and tunnel construction.

Keywords: tunnel constructed with mine tunnelling method; Cross; buildings; settlement and inclination; protection measures

0 前言

随着我国城市轨道交通的快速发展,采用矿山法施工的隧道越来越多。矿山法隧道施工过程中，会对周边土体产生扰动，从而导致周边地表及建筑物产生附加沉降及倾斜，影响到周边建筑物的安全，必须引起足够的重视。从安全的角度考虑，为了减小隧道施工过程中建筑物的变形，往往采取一些加固措施来保护建筑物。因此如何采取有效的保护措施，保证周边建筑物的安全以及隧道施工的顺利进行，有着重要的意义。

本文以北京地铁10号线二期丰台站～前泥洼站矿山法区间下穿大从大厦为例，介绍了在砂卵石地层中矿山法隧道下穿建筑物采用的施工保护措施，并通过有限元分析的方法加以验证，来确定采取保护措施的合理性及必要性，从而保证周边建筑物的安全以及隧道施工顺利进行。

1 工程概况

丰台站～前泥洼站区间呈南北走向，主要在规划的泥洼东路和前泥洼路下方敷设，与泥洼东路和前泥洼路永中基本平行。本区间采用盾构、矿山、明挖法相结合的施工方法。

大从大厦原为丰台区周庄子农工联合公司办公楼，竣工日期为1996年。地上5～6层，钢筋混凝土框架结构，独立基础，基础埋深2.74m～2.94m；基础板宽1.4～5.1m，厚0.6m。大从大厦以北11m是丰管路南红线，西侧紧邻规划的泥洼东路。

图1 矿山法区间与大从大厦位置关系

丰台站～前泥洼站矿山法区间左、右线均从大从大厦正下方穿过，区间隧道结构顶距离大从大厦基础底部竖向净距约8.1m。

区间穿越的地层主要是卵石④层，各土层主要物理力学指标如下表所示：

表1 岩土主要物理力学指标表

2 风险源保护设计原则及标准

2.1、保护方案采取洞内外相结合的方式；

2.2、根据新建轨道交通工程及受影响周边环境的特点选择得当的施工方法，确定合理的施工步序；

2.3、通过工程类比、数值模拟、解析法等计算分析制定合理的控制指标；

2.4、风险工程控制设计应遵循“规避原则、降低原则、控制原则”；

2.5、遵循“先加固后施工地铁结构”的原则；

2.6、监控量测是建筑物保护设计的重要组成部分，根据监测结果指导施工、优化设计，形成真正意义上的“动态设计、动态施工”。

2.7、本工程环境风险源风险等级为一级，建筑物重要性等级为Ⅱ级。根据《北京地铁十号线区间下穿大从大厦技术评估报告》及《北京市轨道交通工程建设安全风险技术管理体系》，控制标准为施工过程中对建筑物地基基础产生的附加相邻柱基沉降差须控制在0.001L以内(L为相邻柱基的中心距离)，最大沉降量不大于15mm。

3风险源保护措施

3.1在下穿房屋施工前，采取措施对位于房屋下方隧道影响范围内的土体进行超前探测，摸清地质、水文等情况，防止地下空洞等意外情况发生。

3.2土体预注浆加固采用深孔超前注浆方案，加固范围上半断面及开挖轮廓线外3m的范围,浆液采用水泥浆液，注浆压力宜控制在0.3~0.5MPa；加固区域沿线路纵向分段；注浆加固后土体具有良好的均质性和自稳性，土体单轴抗压强度指标不小于1.0MPa，渗透指标不大于1.0x10-7cm/s。深孔注浆工艺根据水文地质情况由现场试验确定。

图3注浆加固横断面范围图图4长管注浆孔位布置剖面图

3.3根据监测情况，实施建筑物跟踪补偿注浆，跟踪注浆方案宜从地面实施。

3.4开挖工序采用上下台阶法，留核心土，增设临时仰拱，做到初期支护及时封闭成环。

3.5加强初支及二衬背后补充注浆。初支封闭成环后应立即进行补充注浆，可根据现场情况适当提高注浆压力；

3.6提高初支及二衬的强度和刚度、缩短格栅榀距、加大初支厚度、提高二衬配筋。

3.7矿山法区间下穿大从大厦之前设试验段，根据现场实际开挖情况、超前预注浆加固支护的效果以及地面监测情况，来确定深孔注浆工艺，注浆材料及其它支护参数，从而保证下穿大从大厦的过程中，对土层的扰动最小，地面及建筑物沉降最小。

4施工影响预测有限元分析

本次采用同济曙光有限元正分析软件，选取最不利计算断面，建立二维平面应变有限元模型，通过模拟不同的施工及加固方案，得到大从大厦基础变形图。

图5数值计算模型示意图

4.1计算结果及分析

(1)计算工况一：不采取洞内超前加固措施

图6计算工况一地层竖向位移图

在不采取加固措施的情况下，大从大厦混凝土框架柱最大沉降值为30.4mm，最大相对倾斜值为2.1‰。建筑物柱基的绝对沉降值与相对沉降值都超过限定值，因此必须采取加固措施。

(2) 计算工况二：洞内采取超前加固措施

图7计算工况二地层竖向位移图

采取加固措施以后，大从大厦混凝土框架柱最大沉降值为12.6mm，最大相对倾斜值为0.8‰，满足评估报告的要求。

4.2 计算结果对比分析

通过对比两个方案的不同地点的沉降值，可以看出，在盾构隧道施工前，采用隔离桩的施工措施后，对于控制盾构周边地表及大从大厦的沉降以及大从大厦本身的差异沉降是有效果的，使得周围地表和大从大厦的沉降达到了评估报告的要求。

5沉降监测

建筑物加固是风险性，技术性很高的工作，同时也是依赖信息化程度很高的工作，因此施工监测是工程成败重要一环，施工过程中应给予高度重视。

建筑物加固和区间施工期间，必须对楼房基础沉降、结构变形和裂缝开展进行监测，并制定专门的监测制度，主要监测项目：楼房沉降监测、倾斜监测、区间结构地表沉降、拱顶下沉等。

目前该隧道工程已经施工完毕，现场监测结果显示，在区间下穿大从大厦过程中，大从大厦整体最大沉降量8mm，不均匀沉降3mm，满足评估报告的要求。

图8大从大厦监测点布置示意图

6 结 语

本文以北京地铁10号线二期丰台站～前泥洼站矿山法区间下穿大从大厦为例，介绍了在砂卵石地层中矿山法隧道下穿建筑物采用的施工保护措施，并通过有限元分析的方法加以验证，来确定采取保护措施的合理性及必要性，从而保证大从大厦安全以及隧道施工顺利进行，并得出以下结论：

（1）本区间下穿段为砂卵石地层，自稳性较好，施工中严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”和“注浆一段、开挖一段、分段掘进、稳扎稳打”的原则，可以控制由隧道施工所引起的大从大厦的沉降和倾斜；

（2）从施工影响预测以及施工过程中的监控结果来看，本文所采用的洞内深孔超前注浆方案是合理、有效的；

（3）本方案可作为其它类似工程的参考、借鉴。

参考文献：

[1]《北京地铁10号线二期前泥洼站～西局站详勘报告》，北京航天勘察设计研究院，2009.08

[2]《北京地铁十号线盾构旁穿大从大厦技术评估》，建研地基基础工程有限责任公司，2009.12