地铁施工时及运行后对已建建筑物有何影响以及在防范过程中的成本预算

张倩敏

（广州造船厂有限公司　广东　广州　510382）

地铁施工时及运行后对已建建筑物有何影响以及在防范过程中的成本预算

张倩敏

（广州造船厂有限公司广东广州510382）

随着经济的高速发展，为了更好的解决交通拥挤和对城市区域联通的便捷性，很多城市的地铁线布点越来越密集。但是在地铁修建以及运行的过程中，对周边的环境以及已有建筑物的振动影响也越来越多的受到工程界以及城市居民的关注，甚至地铁施工过程中地面沉降和地基滑坡也经常出现，对社会造成了很大的经济损失。鉴于此背景，如何减少在地铁的施工以及运行过程中对周围建筑物的扰动，并制定相应的防范措施是值得研究的问题。

地铁；施工；运行；振动；造价成本

1　引言

近年来，随着城市化进程速度越来越快，我国已经进入了大规模城市轨道交通的发展阶段。而地铁作为城市轨道的主要组成部分由于其快速、安全以及能耗低、污染小等优点越来越受到广大城市居民的青睐，地铁对缓解交通压力以及实现人车的分流以及对保护历史文物景观等有着显著的作用。随着地铁线路不断的投入使用，给社会带来巨大的贡献以及方便居民的生活之外也不可避免的对周围环境特别是古建筑的结构安全造成了严重的威胁。这是因为在地铁的施工工程中往往会造成地表沉降以及地表的水平变形，而大的底层变动会对建筑物产生极大的影响，对建筑物的结构安全造成隐患，严重的将会造成房屋倒塌严重影响正常的生产生活。例如，上海地铁四号线也就是浦东南路到南浦大桥区间的隧道过程中由于在施工过程中的不得当而造成严重的地面沉降，对上海的建设造成了很大的影响。在地铁的运行过程中振动是影响建筑物安定性的主要因素。目前，降低震源的强度、切断传播途径以及在传播途径上进行建筑物的减震是保护建筑物的主要措施。唯有保证好良好的防震措施才可以将地铁的普及率得到提高，提高人民的生活水平，推动国家的经济建设。

2　地铁施工时对建筑物的影响

在地铁的施工过程中，地表建筑物的变形主要是由于地表的变形而传递给建筑物而引起。由于在地铁的施工过程中地表将会产生各种变形，地表建筑物也会随之产生损伤。以下是几种主要的影响方式：

2.1地表沉降对建筑物的影响

在地铁的建设过程中由于挖掘土地的不当而造成地表均匀下沉将会使建筑物整体下降，而附加应力却不会出现在建筑物中。一般来说普通的沉降不会造成建筑物的损伤，但是在地下水位低而且地基土沉降较大的情况下，那么地面将会产生积水不但会影响建筑物使用而且会由于地基土的长期浸泡而造成建筑物的强度降低，影响建筑物的使用寿命（见图1）。

2.2地表倾斜对建筑物的影响

地表倾斜对建筑物造成的影响主要表现是当地表倾斜时，周围建筑物由于自身的重力而形成偏心荷载，从而使地基的承载压力重新分布，使承载结构内部产生巨大的附加应力，而且会使地表的水平剪切力产生，在靠近墙体附近产生剪切裂缝从而对造成建筑物的损害。地表倾斜对高层建筑会有更加不利的影响，严重的会使建筑物丧失稳定性，导致坍塌等等。

图1　地表下沉的示例图

2.3地表水平变形对建筑物的影响

水平变形的拉伸和压缩是地铁隧道开挖过程中引起的地表变形的两种主要表现形式。一般的建筑物对拉伸变形的抵抗力非常弱，很小的变形就足以使建筑物开裂，造成建筑物的外表以及性能得到损害。虽然压缩变形对建筑物影响不是很大，但是过量的压缩将会使建筑物造成挤碎性的破坏，这不但使墙体产生水平裂缝，而且会使纵强褶曲，在结构薄弱处还会是屋顶隆起，造成建筑物的破坏。甚至造成建筑物附近地表损害，为以后的建筑造成很大的影响。

3　地铁运行是对建筑物的影响

在地铁运行的过程中，由于地铁列车的移动在车轮与轨道接触的过程中会产生一些周期性的振动，而且运动的列车也会对轨道的裂缝产生冲击性的振动。这些振动都会通过隧道结构对周围土层进行影响，诱发对附近的地下结构以及地面建筑物进行二次的冲击。

图2　墙体裂缝的示意图

在地铁运行过程中振动是主要的影响因素，通过对某城市地铁附近的测试结果表明：在地铁运行的过程中，地铁运行速度越快对地面的居民住宅的振动也越来越大，这也说明列车运行引起的振动已经在不同程度上对不同的建筑物有了安全性隐患，同时也会影响居民的正常生活。在地铁运行的过程中由于振动的影响经常会出现墙皮剥落、龟裂以及底板裂缝的现象发生，严重的将会导致建筑物的基础变形以及下沉。例如，广州在建地铁广佛线鹤洞站其出入口和风亭是与复建楼合建一体的，地铁运行过程中振动影响该如何降低呢？针对地铁运行过程中对建筑物造成的影响，各国尤其是发达国建以及制定了建筑物允许的相对振动标准，对振动加速度以及允许位移都进行了相对的规定，德国也制定了根据不同的振幅以及速度和频率来评估建筑物可能收到的损害。但是我国尚没有专门的参考标准，只能参照其他国家的标准来进行分析表征。城市建筑物和地铁运行之间是一个长期的作用影响，在短期时间内可能不会有明显的影响，但是长期的振动会对建筑物造成疲劳损伤，导致建筑物的安全性能下降严重影响建筑物的使用寿命。在含有古建筑的城市地铁沿线上必须对振动环境进行研究，制动出相应的防治对策，唯有这样才可以保证建筑的观赏性。

经过分析表明，在相同的振动荷载下，同一建筑物的振动相应水平基本相同，下部楼层就比上部楼层稍微低一点点；低频段比高频段对建筑物的影响大，但是在建筑抗震分析中考虑低频段的宽度要大；随着土层硬度的增加，建筑物的振动水平和幅度减少对不同类型土层建筑物中的影响规律基本相同。

图3　相同负载下，距地铁不同距离建筑物各层竖向最大加速度值比值

4　建筑物的保护措施

对地铁施工以及运行的过程中可能发生损伤的建筑物进行一定的防治措施，来保障建筑物的安全使用。

4.1在施工前对建筑物进行加固

根据实际情况以及建筑物的安全等级，地层注浆、隔离桩以及结构加固等措施是常见的加固措施。

4.1.1地层注浆

地层注浆就是从地表进行注浆来加固地层，采用液压以及电化学的方法将特定的浆液注入到岩体的缝隙中去，保证岩体的强度和抗渗性，从而可以使得到的新体结构稳定性得到提高，从而可以达到改善岩土体的物理力学性能。

4.1.2隔离桩

隔离桩主要是从地表或者地铁隧道内施加隔离桩，针对的是地铁隧道对临近建筑物的破坏风险较大时，需要考虑的方法。这种方法可以有效的控制几个相邻相邻的建筑物之间的地层沉降，将桩周围的摩擦阻力损失降到最低，使建筑物本身的变形程度减小。在特定的情况下还可以在地面打设深桩弥补桩短的缺陷，使之与短桩共同承受上部的负载来抵抗施工后的变形。

4.1.3结构加固

在施工过程中，由于开挖土体的需要有时会在建筑物的下方进行开挖，对于抗变形能力差的土体将会造成建筑物的不均匀下降，甚至造成对承载构建的破坏，从而使建筑的正常使用得到破坏。对现有的建筑基础进行合理的补强以及进行对新基础设施和旧设施的替换是很有研究意义的方法。

4.2施工后建筑物的加固措施

针对施工后的加固措施主要包括对钢筋混凝土的加固以及砌体结构的加固。

钢筋混凝土的加固方法主要包括增加支撑加固法、裂缝缝补技术、粘贴钢板加固法和加大截面加固法等等，采用这样的方法可以保证建筑物的结构的刚性，防止裂缝等等，加强对建筑物的防范措施。

砌体结构加固措施包括外加层加固法、无粘贴外包型钢加固法以及增设构造措施等等。这两种方法都是在对施工后的建筑物进行的特定保护，对地铁建造以及运行过程中产生的振动、声污染等影响人民正常生活的现象是一个很好的保护作用。

4.3地铁运行过程中采取的保护措施

在地铁运行的过程中，由于机械振动对建筑物的安全有着很大的威胁。当今大多数的工程项目采用的是施加一层三维基础隔震的结构层来减弱振动。这样的结构层主要包括铅芯橡胶隔震支座和蝶形弹簧支座，来获得适宜的阻尼，这样就可以形成水平的振动将会由铅芯橡胶隔震支座完成减弱，蝶形弹簧完成竖向振动的控制。而竖向恢复特性主要的取决因素就是蝶形弹簧组合系统，而采用双线性恢复力模型对防止振动的效果更好。

图4　双向恢复力模型图

5　施工成本增加的分析

为了保证地铁对建筑物影响最小，采取一些加固措施是刻不容缓的事情。但是在实际的工程应用中由于工期以及资金的不足，常常会导致工期的延缓。

在隔离桩使用的过程中根据《工程造价表》分析表明，加固后承载力可以达到180MPa，处理的深度不小于6m，综合经济指标为197元/m2，根据不同的施工段如：1000m2计算需要的费用是197000，这将占到总的工程造价费用的1.3％，提高了施工的造价。

在结构加固中通过换填来加固可以使承载力提高49％，综合经济指标为94.7，1000m2计算需要的费用是94700，占总费用的0.6％。

在施工后通过对建筑物进行加固也许不会对工程总的费用有很大的影响，但是钢筋混凝土的使用根据市场的变化在总的费用中也会有着很大的影响。

在建筑物以及地铁运行和施工过程中会产生额外的费用，但是为了保障地铁的安全运行和人们的生活健康，应根据实际情况提高响应的费用保证成本的时效性和科学性。

6　结语

系统合理的评估建筑物受地铁系统的影响，不仅有利于控制、减少振动污染，还可以为不同类型的建筑物在不同的情况下需要保持与地铁的相对距离，为以后的地铁选址提供了很好的依据。通过对地铁施工前以及施工后运行的分析，采用特定的保护措施来进行加固建筑物以及在振动源和振动传播过程中减弱振动，这些措施都是地铁和建筑物和谐共处的有利条件。地铁的振动对建筑物的影响问题严格说是一个三维的问题，对三维问题进行简单化来进行精确以及更符合实际的分析，确保工程实践的合理以及安全性。根据特定的施工明细图制定出特定的隧道以及建筑物的具体防治措施。

[1]尹旅超，朱振宏，等译.日本隧道盾构新技术[M].武汉：华中理工大学出版社，1997：6.

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[3]夏禾，吴萱，于大明.城市轨道交通系统引起的环境振动问题[J].北方交通大学学报，1999，23（4）：1～7.

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F275.3

A

1673-0038（2015）22-0177-03

2015-5-18

张倩敏（1985-），女，助理工程师，本科，主要从事工程管理工作。