浅埋暗挖法隧道穿越邻近建构筑物时施工步序对隧道结构的影响分析

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1、浅埋暗挖法隧道穿越邻近建构筑物时施工步序对隧道结构的影响分析　　摘要：城市轨道交通建设中隧道掘进穿越会对周边建构筑物产生一定的交互影响，正确客观地分析评估这种影响不仅有利于设计师改进地铁隧道掘进的设计方案和施工方式，同时也能为地铁隧道建设过程中对周边建构筑物采取何种保护措施提供参考依据。本文结合重庆轨道交通一号线石桥铺～高庙村区间浅埋暗挖隧道工程，针对区间隧道计划穿越临近建筑物时面临的实际工程问题开展研究。在利用ANSYS软件建立了隧道掘进三维有限元分析模型，客观模拟隧道工程现场施工条件和施工过程的基础上，研究分析了隧道掘进的施工步序对穿越区建构筑物的交

2、互影响，得出先修建待穿越建筑物，后施工区间隧道对区间隧道影响较小的结论。研究结果对隧道与周边建筑物的设计和安全施工有指导意义，也为后续安排施工步序提供参考和建议。　　关键词：浅埋暗挖法；隧道掘进；ANSYS；施工步序；影响分析　　1引言　　随着我国经济的快速发展和城市化速度的不断加快，越来越多的城市开始进行城市轨道交通的建设，合理的规划、设计和施工是地铁建设面临的关键问题。受既有和规划建构筑物、复杂地质条件的限制，新建地铁隧道近距离穿越建构筑物的施工环境成为设计人员重点研究的课题，如南京地铁南北线一期鼓楼站～玄武门站区间隧道下穿高层建筑、厦门轨道交通一号

3、线中山西路站～中山路站区间矿山法施工下穿中华城桩群等。目前国内外学界对浅埋暗挖法隧道施工已有不少研究，但对浅埋暗挖隧道穿越既有线工程的研究大多为对个别工程的总结与回顾，系统的研究仅见于日本在1997年公布的《既有铁路隧道近接施工指南》，该国学者也发表了一些邻近地下工程施工案例研究的论著[1]。浅埋暗挖法隧道施工引起地表沉降及对周边环境影响的研究较多，但大多数都基于随机介质理论和半经验半解析理论研究，施工上更难于控制[2]。　　1.1浅埋暗挖法隧道邻近建筑物施工掘进时动态预测　　邻近或下穿建筑物受浅埋暗挖法施工影响程度的大小取决于建筑物的设计条件、结构条件

4、、刚度、地层特性等[5]。浅埋暗挖法掘进施工对环境的影响预测方法主要有：（1）对浅埋暗挖法掘进引起的周边地层变形进行分析，并将结果作为建筑物结构受力分析的输入条件，再进行结构分析；（2）建立地层和建构筑物结构的协同模型，对建构筑物因掘进引起的地层变形和建构筑物变形的动态变形同时进行分析。方法（1）是在继承了地层变形分析基础上的结构分析方法，它的模拟精度很大程度受地层变形模拟准确度的影响，而且它的局限还在于不能模拟岩土体和建筑物结构之间动态协同变形；方法（2）克服了方法（1）的这一缺陷，相比较而言具有很大的进步，不过方法（2）的模拟精度在很大程度上也取决于

5、岩土体和建筑结构体系的输入参数是否能反映客观实体情况。　　本文在优选岩土体参数的基础上，建立了较客观的地层和建筑物结构协同模型，对不同施工步序下的浅埋暗挖隧道穿越建构筑物进行了三维数值模拟分析，研究了施工步序对隧道结构变形的影响。　　本文结合重庆地铁一号线矿山法施工隧道，利用三维有限元数值计算软件ANSYS对石桥铺～高庙村区间隧道穿越机三院科研大楼桩基的施工力学行为进行数值模拟，根据计算结果，分析总结矿山法隧道与建筑物施工顺序对两者受力变形的影响，为后续安排施工步序提供参考和建议。　　1.2浅埋暗挖法施工原理　　浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类

6、型地下洞室暗挖施工的一种方法，它在沿用了新奥法基本原理的基础上，创建了信息化量测设计和施工的新理念；采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系，初期支护按全部承担基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备；初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载[3]。　　浅埋暗挖法广泛应用于第四纪软弱地层的地下工程，此类工程环境的围岩自承能力一般较差。为控制地表沉降，初期支护刚度要大、要及时，以尽量增大支护的承载，减小围岩的自承载。经过大量工程试验探索，王梦恕院士创造性地提出了浅埋暗挖法施工应遵循的十八字方针，“管超前、严注浆、短进尺、早封闭、勤测量”，突出时空效应对防塌的重要作用

7、。初次支护必须从上向下施工，初次支护基本稳定后才能做二次衬砌，且必须从下到上施工[1]。根据地层情况、地面建筑物特点及机械设备情况，选择对地层扰动小、经济、快速的开挖方法。若断面大或地层较差，可采取经济合理的辅助工法和相应的分部正台阶开挖法；若断面小或地层较好，可用全断面开挖法[4]。　　2工程实例分析　　2.1工程概况　　重庆轨道交通一号线石桥铺～高庙村区间隧道，采用双线双洞隧道形式从拟建的机三院科研大楼下方穿过。机三院科研大楼主楼有26层110.2m高，附楼有6层19m高，区间隧道左线从机三院大楼主楼的正下方通过。机三院主楼采用独立基础、条形基础和筏

8、板基础这三种基础形式，基础底部与左线隧道洞顶最小间距为7.98m。机三院科研大楼