临近建筑物的双侧壁导坑工法风险分析及控制★

张 广 超

(中国建筑东北设计研究院，辽宁 沈阳 110003)



临近建筑物的双侧壁导坑工法风险分析及控制★

张 广 超

(中国建筑东北设计研究院，辽宁 沈阳 110003)

以沈阳拟建地铁矿山法区间侧穿建筑物为例，采用中隔壁工法和双侧壁导坑工法进行施工，利用有限元软件模拟隧道施工过程，重点分析了双侧壁导坑工法施工时隧道、建筑物的变形和位移，并进行了安全评估，结果均满足规范安全性要求。

双侧壁导坑工法，拱顶沉降，差异沉降，隧道

0 引言

近年来我国地铁建设异常迅猛，地铁区间下穿(侧穿)既有建筑物的情况时有发生[1]。因此，采取合适的风险控制措施，并建立合适的模型进行模拟分析，以探究临近建筑物地铁区间施工的风险就显得尤为重要[2,3]。本文基于沈阳拟建地铁矿山法区间侧穿建筑物的实例，采用有限元软件(MIDAS/GTS NX)模拟中隔壁(CRD)工法及双侧壁导坑工法施工的过程，着重研究了双侧壁导坑工法施工时地铁区间结构、建筑物的位移、变形，并进行了安全评估。

1 工程概况

沈阳地铁某矿山法区间，地面以下分别为①杂填土、④4砾砂和⑤4砾砂[1]，基础持力层①杂填土为中等压缩性土。侧穿一栋2层砌体结构办公楼，建筑物为地上2层砌体结构，无地下室，基础形式为条基，位置关系剖面图如图1所示。地铁区间分为大、小两个断面，分别采用双侧壁导坑工法和CRD工法进行施工，大断面开挖面积达130 m2，距离建筑物较近，水平净距为6.1 m，竖向净距约为6.7 m。为了减小建筑物基底压力的扩散对地铁区间的影响，以达到控制风险的目的，在建筑物和地铁区间之间打设一排φ600@900钻孔隔离桩。

2 分析参数

模型参数如表1所示。其中，对钻孔隔离桩的模拟采用一维梁单元，采用等刚度代换原则，确定其厚度为0.314 m；建筑基础采用二维实体单元。

表1 模型参数表

材料容重kN/m3粘聚力kN/m2内摩擦角/(°)泊松比弹性模量MPa变形模量MPa模型属性①杂填土1810100.35—10二维实体单元④4砾砂20.5232.50.28—22.8二维实体单元⑤4砾砂21232.50.28—22.8二维实体单元注浆加固土体2120300.3—50二维实体单元钢格栅78.5——0.2206000—一维梁单元初衬25——0.230000—一维梁单元建筑物基础2018280.3—40二维实体单元建筑物20——0.310000—一维梁单元钻孔隔离桩25——0.230000—一维梁单元

3 模型建立

1)边界条件及荷载。

整个模型按照实际尺寸进行1∶1的比例建模，如图2所示。模型长度为100 m，模型高度为40 m。

对整个模型设置如下边界条件：模型底面仅约束y方向的竖向位移，左右两个侧面(长度方向)仅约束x方向的水平位移。

施工荷载均为静荷载，包括模型各部分材料的自重，隧道上方路面车辆而产生的20 kPa均布超载。建筑物底板及中板人员荷载4 kPa。

2)施工步序。

根据实际工况，并利用MIDAS-GTS NX的单元“激活钝化”功能来模拟真实的施工过程[4]，具体的模拟施工步骤如下：

a.在每一土层上施加重力荷载，进行初始地应力平衡。

b.激活水平旋喷注浆加固区。

c.先后钝化小隧道a，c，b及d号四个导洞的土体，并且先后激活其初支、型钢属性。

d.先后钝化1号,3号导洞，4号,6号导洞，2号导洞及5号导洞，并且先后激活其初支、型钢属性。

e.当开挖完成后，通过钝化中隔壁，模拟拆撑工况。

4 计算结果分析

1)地铁区间自身变形。

经计算可知，隧道自身最大变形出现在拆除中隔壁时。篇幅所限，仅给出该施工步序时的隧道变形，如图3所示。可知，该施工步序大断面隧道拱顶最大沉降出现在2号导洞顶部，为3.68 mm，底部最大隆起出现在5号导洞底部，为3.12 mm；正向水平位移最大值出现在1号导洞左侧，为2.11 mm，负向水平位移最大值出现在3号导洞右侧，为1.94 mm。相比于大断面，小断面隧道的变形指标计算结果均较小，拱顶处沉降约为0.92 mm，底部隆起约为0.75 mm；正向水平位移为0.65 mm，负向水平位移约为0.55 mm。

大断面隧道开挖面积为130 m2，根据GB 50911—2013城市轨道交通工程监测技术规范[5]，确定为超大断面。其自身风险等级为一级。建筑物层数较少，确定为一般建筑物，故周边环境风险等级为二级。综合确定工程监测等级为一级，进而确定各项位移、变形指标的允许值，如表2所示。可知，各项指标均满足规范要求。

表2 大断面变形计算值与规范允许值对比表

2)建筑物沉降。

同上，经计算可知，建筑物基础最大沉降出现在拆除中隔壁后。篇幅所限，仅给出该施工步序时建筑物沉降，如图4所示。可知，建筑物基础距离大断面隧道越近，沉降值越大，反之越小——建筑物沉降表现出向大断面隧道倾斜的特征。其中最大沉降值为3.86 mm，小于GB 50911—2013城市轨道交通工程监测技术规范[2]规定的10 mm～30 mm。由建筑物基础左、右两侧沉降可得，基础差异沉降值为0.000 3l，亦小于GB 50911—2013城市轨道交通工程监测技术规范[2]规定的0.001l～0.002l。

5 结语

本文经过分析，得到如下结论及建议：

1)施工钻孔隔离桩后，进行地铁隧道双侧壁导坑工法施工，隧道的拱顶沉降、底部隆起及净空收敛均小于GB 50911—2013城市轨道交通工程监测技术规范规定的允许值，满足安全性要求；

2)施工钻孔隔离桩后，进行地铁隧道双侧壁导坑工法施工，建筑物基础的沉降、差异沉降，均小于GB 50911—2013城市轨道交通工程监测技术规范规定的允许值，满足安全性要求；

3)钻孔隔离桩有效地控制了建筑物基础的沉降，并减小了建筑物基础压力对隧道的影响，是一种有效的风险控制措施。

[1] 刘少敏.浅谈地铁区间下穿复杂铁路处理措施[J].公路交通科技(应用技术版),2016(7)：208-210.

[2] 兰守奇,张庆贺,华汉兴,等.地铁区间隧道的风险管理与监督[J].低温建筑技术,2007(4):122-123.

[3] 刘仁辉,于 渤,金 真.基于区间估计的地铁施工安全风险评价指标筛选[J].预测,2012,31(2):62-66.

[4] 陈建勋,轩俊杰,乔 雄.浅埋黄土隧道中系统锚杆支护作用的数值模拟[J].长安大学学报(自然科学版),2011(1):59-62.

[5] GB 50911—2013,城市轨道交通工程监测技术规范[S].

On analysis of construction methods for two-side pilot tunnel in adjacent buildings and their control★

Zhang Guangchao

(China Northeast Architectural Design & Research Institute Co., Ltd, Shenyang 110003, China)

Taking the building side penetrating the section of planned subway mine method in Shenyang as the example, the paper adopts the median septum construction method and double side wall tunnel to undertake the construction, adopts the finite element method to simulate the tunnel construction, analyzes the deformation and displacement of tunnels and buildings in the two-side pilot tunnel, undertakes the safety evaluation, and proves the result can meet the demands for the regulation.

two-side pilot tunnel method, arch top settlement, difference settlement, tunnel

1009-6825(2017)16-0065-03

2017-03-27★：中国建筑工程总公司中建股份科技研发基金(基金号：CSCEC-2016-Z-20-3)

张广超(1980- )，男，高级工程师

U452

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