地铁施工论文：暗挖地铁对建筑群影响剖析

本文作者：赵文韩利关永平李慎刚作者单位：东北大学

既有建筑物安全风险评估

借助FLAC3D有限差分软件，建立洞桩法开挖模型，针对中街站的开挖工况以及洞桩法的施工特点进行模拟，着重分析隧道开挖各工况的地表沉降变化规律．洞桩法工序复杂，数值计算中将施工过程主要分为以下几步:①开挖小导洞;②施工围护桩及中柱;③施工拱部结构;④开挖并施作主体结构;⑤施作主体结构二衬．数值模型几何尺寸的宽度为90m，地层厚度为60m．视各土层为理想弹塑性材料，计算中采用摩尔库仑屈服准则［8］．支护体系采用理想线弹性模型，考虑到混凝土的硬化过程及实际工程中的支护延迟性，对初期支护结构的弹性模量折减至3GPa，为实际值的1/10左右［9－10］．各土层及支护结构力学参数见表1．由图2可看出，小导洞开挖引起的地表沉降占总沉降值的61.45%左右，影响最大，其特点为沉降槽深度较大，但是宽度较小，说明影响范围有限;其次为扣拱施工引起的地表沉降较大，占总沉降值的21.34%;由于扣拱跨度大，开挖过程中结构受力转换复杂，建筑物地基压力对边导洞一侧产生挤压，引起导洞一侧及土体水平位移，使楼房基础产生不均匀沉降，从而影响建筑物安全，存在较大的风险．主体开挖时，由于竖向大框架支撑系统已经形成，且作用其上的荷载增加又不明显，故此阶段引起的地层沉降较小．最终的施工后地表沉降云图如图3所示，地表沉降最大值为112.7mm，位于地表中心点．

建筑物风险控制措施

1施工过程风险控制

由于中街站周边建筑物施工隔离桩基本没有空间，且隔离桩施工对中街环境、商铺经营影响巨大，隔离桩措施难以实施．因此采用通过注浆改良地层、设置预应力锚索及超前支护等有利措施保护周边建筑物及地下管线．具体措施如下:1)地表袖阀管注浆改良拱顶上部地层及加固建筑物基础．采取袖阀管注浆改良的拱顶上部地层深度范围为地面下0m处至拱顶上1.5m(改良地层厚度0～5.0m)．注浆孔梅花型布置，排距1.0m．注浆技术参数:浆液配比mw∶mc=0.8∶1，扩散半径0.7m，注浆速度50L/min，注浆压力0.4～0.6MPa．2)导洞内部侧向注浆加固建筑物基础，导洞外侧房屋基础加固．在边导洞采用径向导管注浆加固措施，即在初期支护侧壁上破除表面，布置1.0m×1.0m梅花形注浆孔．注浆采用前进式分段注浆，注浆液采用水灰质量比为0.8∶1的水泥浆，注浆压力0.8～1.0MPa．3)导洞靠建筑物侧设预应力锚索．扣拱施工过程中，建筑物地基压力将对边导洞外侧产生挤压，引起导洞侧向位移，加大地层沉降，使建筑物产生差异沉降．为确保周边建筑物的安全，导洞靠建筑物侧设预应力锚索，通过施加锚索预应力，确保扣拱施工结构受力转换过程中，导洞外侧壁不会因为建筑物地基侧压而发生位移，控制地层沉降．4)双层导管注浆超前支护．为最大限度地发挥扣拱顶部土体承载拱的承载能力，控制地表沉降，保护周边建筑物及管线，采用双层导管超前预注浆的方式来加固土体．上层注浆管注浆采用水泥浆液，下层注浆管注浆采用固沙剂浆液，注浆压力0.8～1.0MPa，施工时注浆压力需严格控制，防止出现压力过大造成地面隆起危及管线．

2监控量测风险控制

专家组给出的监控量测基准管理值各项指标中建筑物绝对沉降值为40mm，差异沉降值为0.002L(L为建筑物在垂直于地铁车站开挖方向的长度)，地表沉降的控制值为140mm．国内外很多工程表明，地表沉降允许值控制在30mm以内是不合理的．实际的建筑物沉降曲线如图4所示．由图4可看出，玫瑰大酒店的最终沉降量为19.3mm，说明施工过程中采取的地层注浆、预应力锚索、超前支护等有利措施具有显著的控制地层移动的效果，使得距离中街站开挖外边缘仅4.0m的玫瑰大酒店沉降量不足20mm，完全避免了风险事故的发生．