浅埋隧道开挖对地表建筑物的影响

（中交一公局海威工程建设有限公司 北京 101119）

浅埋隧道开挖对地表建筑物的影响

陈 勇

（中交一公局海威工程建设有限公司 北京 101119）

浅埋隧道开挖施工对地表建筑物会造成一定的影响，其影响程度与浅埋隧道开挖断面尺寸、隧道埋深、施工方式以及隧道与地表建筑物之间空间相对关系息息相关。本文研究过程中以我国某一浅埋隧道工程项目建设为例，分析过程中收集和整理了众多的可变参数，进行了力学模型建设，从而进一步了解了隧道围岩的变化规律，科学评判隧道工程项目建设对地表建筑物的影响。

浅埋隧道；开挖；地表建筑物；影响

引言：浅埋隧道施工过程中对地表建筑物的影响必须要给予高度重视，但是现阶段相关研究理论还不够完善。实际施工阶段可以在分析影响区域的基础上落实相应的措施，避免浅埋隧道施工对地表上部建筑应用安全造成影响。

1.工程概况分析

本文举例浅埋隧道建设工程应用了双洞单线隧道结构形式，单洞隧道开挖的最大跨度是9.5米，高度在十米以上，双洞之间的间距控制在了5-9范围内。浅埋隧道施工线路会穿过工厂和民用建筑等众多建筑群体，需要注重的是其中很多建筑物埋深程度较低，应用的是天然基础与预应力管桩基础，浅埋隧道工程项目建设对地表建筑物应用安全性和稳定性有着较深程度影响。浅埋隧道施工需要穿越的土层地质条件复杂，当前浅埋隧道工程项目建设时隧道底部到地表范围的土层主要是以麻岩为主。

2.建筑物结构变位破坏评价指标

地面与地下结构本身都是具备一定的强度，所以它们本身也存在着相应的安全系数，对于地面的不良位移情况是存在一定抵御能力的。在建筑工程项目建设过程中都会确定一个非常关键的系数，也就是建筑工程项目的允许变形系数。该系数具体指的是在不影响建筑工程应用功能发挥，对建筑应用安全不会造成任何负面影响下建筑变形所允许的范围。一旦建筑工程项目应用阶段变形系数超过了这一范围，那么建筑工程项目应用就存在一定的危险性。该系数是建筑工程项目建设施工方案制定的重要参照依据，同时也是建筑工程项目建设施工质量与应用安全评价的重要指标。在浅埋隧道施工过程中可以结合以往的施工经验，应用综合分析的方式深入了解浅埋隧道施工对地表上部建筑应用的影响程度。

建筑物整体沉降：现阶段比较普遍存在的看法是建筑整体沉降对建筑物并不会造成破坏，当然也不会对建筑物的健康应用造成明显干扰。整体沉降带来的影响为可以提高隧道二次衬砌结构承担的应力荷载，会影响隧道结构应用的安全性、稳定性。为了保证建筑物和隧道工程都可以处于健康应用状态中，不仅需要结合以往浅埋隧道工程项目建设施工经验，还需要依据当前浅埋隧道工程项目建设的实际情况，分析工程项目建设施工中存在的风险因素。对于文本举例浅埋隧道工程项目，综合考虑下认为地表建筑物整体位移程度需要控制在20mm范围内。

建筑物倾斜：地表建筑物对非均匀性沉降的敏感程度很高，很多地表建筑物会因非均匀性沉降导致建筑出现倾斜情况。通过文献资料查阅了解到地表建筑倾斜的极限值为百分之二，但是考虑到浅埋隧道工程项目建设施工中会遇到很多突发因素，所以工程项目建设施工阶段考虑对控制极限值进行调整，将极限值下调至百分之一。

3.隧道工程项目建设对地表建筑物的影响范围分析

浅埋隧道工程项目建设施工影响范围划分难度性较强，是一项非常复杂的工作。浅埋隧道的断面尺寸、施工方式以及施工区域的土质条件都是需要重点考虑的内容，除此之外还需要分析其他结构物的影响。结合以往浅埋隧道工程项目建设案例分析，浅埋隧道工程项目埋深越大，那么浅埋隧道施工对地表建筑物的影响也就越小。本文研究中为了更深层次的评判浅埋隧道施工对环境可能造成的不良影响，研究了浅埋隧道施工对上部建筑应用安全的影响规律，并且结合数值模拟的分析方式，了解不同类型的浅埋隧道工程项目建设施工对地表建筑的影响程度。

3.1模型建设和计算参数

科学技术不断发展，很多先进的计算机软件也逐渐产生，这些软件为分析浅埋隧道施工对上部建筑应用安全的影响程度分析提供了便利。本文研究中就应用了先进的计算机软件对浅埋隧道施工进行建模处理。应用了Mohr－Coulomb弹塑性本构模型。该模型的特性在于可以反映出剪切面正应力与剪切力二者之间比值，通过比值分析了解岩土结构的稳定性。除此之外还可以用实体单元转变为空体单元的方式。支护结构体系研究中锚杆与管桩研究存在着较大的差异性，分别应用了cable、beam单元。文章中建设的模型主要是模拟了浅埋隧道开挖施工阶段和浅埋隧道初期衬砌支护结构建设阶段。结合工程项目建设前的地质勘察报告，当前浅埋隧道工程项目围岩结构更多是软弱土层和中度风化岩层，这与《铁路隧道设计规范》中的相关围岩参数具有一致性的特点。

3.2隧道与建筑物立面位置的关系分析

浅埋隧道工程项目建设施工区域内建筑基础宽度较大，其基础宽度大都超过了十米，一些建筑的基础宽度甚至达到了几十米，本文研究中基础宽度值设置为二十米。因为隧道与基础的平面位置会存在一定的差异性，隧道轴线与基础中线二者之间的距离也有着多样化的特性，一共包括了八种分别为：0、5、10、20、30、40、50m。

3.3计算结果分析

以基础为浅基础作为研究参照，结合不同浅埋隧道的埋深程度以及与平面位置之间的关系，一共设置了二十九种参考工况。限定与浅埋隧道埋深20m工况中部分计算结果。浅埋隧道工程项目建设施工时应用常规性的掘进方法，并且在浅埋隧道工程项目建设区域上方没有存在建筑物时，施工中浅埋隧道拱顶的最大沉降情况为41.9mm，上部地表出现的最大沉降为30.2mm。这一数据表明在没有下穿地表建筑物时，浅埋隧道施工沉降在规定范围之内，最大沉降值也比较接近允许值界限。浅埋隧道下穿地表建筑师，地层会出现较大变动，计算也无法进行收敛。地表建筑物沉陷情况加强，围岩结构也处于非稳定状态下，需要应用相应的辅助措施。

4.隧道施工对既有建筑物影响范围判定

当建筑物为浅埋天然基础时，29种工况下受隧道施工影响的建筑物最大倾斜率计算结果见表3。其中“collapse”表示计算结果不收敛，围岩发生失稳现象。根据前文确定的建筑物最大容许沉降20mm，表3中对于超过界限要求的数据应用了粗线条进行表示，表明了该建筑在浅埋隧道施工的影响范围内，在浅埋隧道施工阶段需要对该建筑物需要落实一定的保护措施，这样才能避免建筑结构出现损伤，保证建筑工程项目应用的安全性，施工时还需要实时监测，一定要将地表影响建筑物的允许变形指标控制在合理范围内。保温研究应用了允许值的四分之一，将其作为浅埋隧道施工若影响分析的指标。当最大沉降处在5～20mm时，建筑物位于隧道施工的弱影响区，施工时须加密对该建筑物的监控量测，并可根据实际工程中建筑物重要等级、基础状况及监控数据确定是否进行加固或者施加辅助措施。按埋深不同，强影响区分别为0～15m，一般影响区15～30m。

结语：本文研究了浅埋隧道开挖对地表建筑物的影响范围，工程项目建设施工中需要结合这一要求对施工方案进行优化和改良。明确浅埋隧道施工对地表建筑的影响程度，从而保证地表建筑与浅埋隧道施工的安全性。

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