浅埋暗挖法隧道下穿民房分析与设计

何 李

(武汉地铁集团有限公司, 湖北武汉 430000)

地铁工程多位于成熟度极高的市区，由于受诸多外界条件的限制，地铁隧道建设过程中经常会采用浅埋暗挖法施工[1]。在施工过程中，因为隧道四周地层受到扰动，从而导致地层应力重分布，周边地层及邻近建筑物的附加沉降由此加大从而影响到结构的安全。随着我国城市地铁大规模的建设，采用浅埋暗挖法侧穿或者正穿建筑物的工程实例经常出现，所以对地层沉降的预测与控制是隧道施工过程中的关键问题[2-4]。本文通过某浅埋暗挖法区间隧道下穿民房的数值模拟分析、设计及施工介绍，对后期类似案例提供一定经验参考。

1 工程概况

1.1 隧道与建筑空间关系

本浅埋暗挖法隧道为单洞单线隧道，左右线间距14.2m，隧道水平净距8m，隧道先后共穿越四排民房，穿越民房区域投影长度约160m。通过对四排房屋与隧道位置关系、地质条件对比分析，最不利条件为第二排民房，其为7层框架，桩基形式，桩长5～9m，端承桩，桩底位于中风化石英岩中；房屋下隧道拱顶埋深约25.7m，隧道顶距桩底约11.4m(按9m桩长)，隧道位于中风化石英岩夹板岩及中风化板岩中。

1.2 穿越段工程地质、水文条件

1.2.1 工程地质

隧道下穿民房段自地面而下地层依次为素填土、含碎石粉质黏土、卵石、中风化石英岩、强风化板岩、中风化板岩，隧道断面主要穿越强风化板岩、中风化板岩。

1.2.2 水文地质

本场地地下水主要为孔隙水和基岩裂隙水，孔隙水主要赋存在素填土层中，基岩裂隙水主要赋存于强风化及中风化板岩中，其稳定地下水位埋深为2.60～4.80m，水位高程32.02～48.44m。地下水总的径流方向为由北西向南东，其排泄途径主要是地下径流,主要补给来源为径流补给及大气降水。

2 数值分析

本文仅对最不利的第二排民房进行分析。

2.1 计算模型

采用平面模型进行数值计算，模型按实际地层条件建立，由于地质条件较好，左右边界及下边界取为3D(D为隧道开挖跨度)。模型尺寸为横向(x方向)54.2m，竖向(y方向)49.9m。地层选用平面单元模拟(平面应变)，初衬以及桩均采用梁单元模拟，模型如图1所示。

图1 模型总体

建筑为七层框架结构，每一层荷载取为15kPa，纵向上共有三排桩，间距为5.1m，取作用在建筑物地板上的荷载为500kN·m，模型荷载如图2所示。

2.2 计算分析

2.2.1 桩基倾斜度分析

左洞开挖后桩基最大倾斜度为0.33 ‰，当右洞开挖之后，桩基倾斜度减小；隧道施工过程中，桩的最大倾斜度为0.33 ‰，隧道施工对桩基倾斜影响很小。

2.2.2 建筑物底板沉降槽分析

左线施工时，左线隧道正上方建筑物底板沉降最大值为11.43mm，右线施工时，两隧道中间上方建筑物底板沉降最大值为16.79mm；左线开挖时，沉降槽最大斜率为0.74 ‰，右线开挖时沉降槽最大斜率为1.1 ‰，可见，隧道开挖建筑物地板各部分沉降差值较小。沉降云图如图3、图4所示。

图2 模型荷载

图3 左线隧道开挖时沉降云图

图4 右线隧道开挖时沉降云图

3 工程措施

本段隧道根据周围环境及穿越的地层情况采取措施为：

(1)施工方法：为减小隧道爆破开挖施工对周围噪声、振动等环境的影响，区间穿房段采用单臂掘进机的机械开挖形式，进、出建筑范围的机械开挖段均超出建筑边线50m以上。并以振动参数的测量监控辅以控制开挖施工。

(2)穿房段支护参数：本段隧道主要位于中风化石英岩夹板岩及中风化板岩中(围岩等级Ⅳ级)，部分位于强风化板岩中(围岩等级Ⅴ级)；隧道喷射混凝土初期支护，辅以超前支护+工字钢拱架的支护方式，对于强风化板岩地层超前支护采用超前小导管；对于中风化石英岩夹板岩及中风化板岩地层超前支护采用超前砂浆锚杆。

(3)隧道施工期间加强对影响房屋角点的沉降及倾斜监测，同时加密洞内监测点，提高监测频率。

(4)施工前对隧道上方及周边房屋进行评估，做好裂缝及沉降标记，并由相关单位明确其允许变形值及沉降值等指标。

(5)隧道施工全过程中做好实时监测，对异常情况及时处理。

(6)施工现场做好应急准备，洞内应备有大功率水泵及沙袋，遇见突发性事件时能对掌子面进行及时处理，地面备好注浆、房屋支撑等材料及设备，确保洞内及地面建筑安全。

4 结论与建议

目前，我国地铁建设正大步向前，地铁隧道侧穿或下穿建筑的工程将会越来越多，因其施工难度一般都较大，往往成为整条隧道建设的关键节点。通过本隧道下穿民房的成功实例，提出如下建议：

(1)对暗挖隧道施工采用合理的计算分析模型，针对各种施工工况对地层、结构的影响进行针对性的分析，将计算结果结合浅埋暗挖法理论及工程实际情况提出相应措施以指导施工。

(2)采用机械台阶法施工，能有效减小暗挖隧道对地层的扰动。

(3)浅埋暗挖法施工隧道，应尽量拉大左右线掌子面距离，减少左右洞开挖相互影响的效应，高度重视施工现场的监测，根据对隧道及地面建构筑物的监测情况及时调整施工参数，实施动态施工。