地铁施工对邻近建筑物的影响及数值分析摘 要:通过北京地铁十号线劲松站—终点折返线区间隧道施工对周边既有建筑物影响的数值分析,探讨了隔离桩及隧道超前注浆措施对既有建筑物保护的作用,为类似工程提供了参考依据。关键词:隔离桩,既有建筑物,侧壁注浆,数值分析,地铁1 工程概况 地铁10号线一期工程(含奥运支线)线路起于北京海淀区蓝靛厂,沿四环路、巴沟路、海淀南路、知春路、北土城路向东,斜穿北京市东北部的太阳宫地区后沿东三环路南下,经亮马河、农展馆、京广中心、国贸、劲松到达一期终点。共设置23个地下站,线路全长约23km。 劲松站—终点区间结构设计起点里程为K24+289.68,终点里程为K24+684.284,长394.604m,区间位于北京市东三环东侧辅路下,结构顶板覆土为13m~17m。隧道洞身主要穿过粉土层及粉质粘土层。区间隧道邻近既有建筑物段右线为大跨双线断面,采用双侧壁导坑法施工,左线为单线马蹄形断面,采用台阶法施工,中间土柱厚4.3m,左线与既有建筑物(农光里21号楼)基础水平间距为4.3m。2 数值分析2.1 数值分析的目的 隧道施工造成的沉降对建筑物的影响除倾斜外还含有基础的挠曲变形,当沉降过大时,有可能导致建筑物基础的断裂及上部结构压性裂缝的产生。因此在施工中应尽量把对建筑物的影响降至最低。为此进行数值模拟分析,其目的在于:1)通过数值分析,了解不同施工方案下地面和结构物的变形状况,从中选择合理的施工方案。研究不同开挖阶段对地表和建筑物的影响情况等,从而对结构物的安全性作出评价。2)根据数值分析的结果,有针对性地提出解决方案。2.2 计算模型 计算采用北京软脑有限公司2D—σ软件,假定围岩是各项同性连续介质,计算模型为弹性模型,施工阶段采用平面应变有限元进行分析,厚度取1m。计算域在水平方向宽160m,下边界取50m,隧道埋深16m。计算域内划分2032个单元,共6277个结点,如图1所示。
模拟隧道开挖过程对既有建筑物的影响,结合工程实践,分别按:1)不设隔离桩、无侧壁注浆;2)设置桩径800mm的隔离桩、无侧壁注浆;3)设置桩径800mm的隔离桩、有侧壁注浆三种情况进行计算分析。开挖施工顺序按要求进行,每一开挖步的荷载分两步施加,应力释放力为第一步无支护时释放60%或70%,第二步有支护时释放40%或30%,断面开挖成型则应力全部释放完毕,衬砌不受力,作为安全储备。2.3 计算结果及分析2.3.1 不设隔离桩、无侧壁注浆 施工完成后地表下沉曲线见图2,各阶段沉降量见表1。2.3.2 设隔离桩、无侧壁注浆 施工完成后各阶段沉降量见表2。
地表最大下沉36.17mm,发生在距右线隧道中心偏左2m处,原因可能是建筑物荷载的影响,同时隔离桩的效果也有所体现。2.3.3设隔离桩、侧壁注浆 施工完成后各阶段沉降量见表3。
地表最大下沉31.34mm,出现在右线断面隧道中心左侧2m处,原因可能是建筑物荷载的影响,同时隔离桩和注浆加固的效果也有所体现。设置隔离桩后建筑物差异沉降由13.56mm降至3.79mm,地表沉降也有所降低,由最大下沉39.91mm变为36.17mm。原因主要是隔离桩设置后,阻隔了隧道开挖引起的地层变形。同时也可以看出在隔离桩与隧道之间的侧壁进行注浆后的效果要优于只设隔离桩时的效果。建筑物差异沉降由3.79mm降至2.42mm,地表沉降也有所降低,由最大下沉36.17mm变为31.34mm。3 结语 1)设置隔离桩加固地基的效果是非常明显的,它能有效地阻隔隧道开挖所引起的地层变形向建筑物基础的地层区域发展,而且侧壁注浆也可以起到减小地表沉降的目的。2)两隧道的开挖先后次序对于地表沉降和建筑物的安全性影响有所差别。先开挖距离建筑物较远的隧道时地表沉降和建筑物的差异沉降较小。3)隔离桩与隧道间距的大小对于地表沉降和建筑物的差异沉降也有一定的影响。隔离桩与隧道的间距越小,地表沉降和建筑物的差异沉降也越小。但是隔离桩与隧道间距过小时,隧道施工会影响隔离桩,有可能造成隔离桩的破坏,从而影响隔离桩的效果。建议隔离桩与隧道的间距不宜低于1.5m,且尽量布置在靠近隧道的一侧。4)施工工法对于地表沉降和建筑物的差异沉降也有一定的影响。5)建议在区间隧道与建筑物之间设置Φ800@1200mm的钻孔灌注桩,左线隧道进行侧壁注浆加固。同时加强监控量测,进行信息化施工,根据反馈信息,调整设计参数。参考文献:[1]白玉成,宋瑞刚.地铁隧道施工爆破对邻近建筑物的影响判据[J].山西建筑,2006,32(6):113-114.
