1 前言 　　隨著城市建設(shè)的發(fā)展,許多大城市都開(kāi)始修建城市地鐵,地鐵暗挖隧道臨近建筑物的近接施工問(wèn)題越來(lái)越多,為了保證工程的安全建設(shè),必須分析預(yù)測(cè)近接施工對(duì)既有建筑物和地鐵暗挖隧道的影響。由于地面建筑物的結(jié)構(gòu)形式各不相同,所處的地質(zhì)條件各異,下穿隧道與其的相對(duì)關(guān)系也不相同,因此對(duì)于城市地鐵隧道施工對(duì)周邊結(jié)構(gòu)物的影響,目前尚無(wú)成熟的分析方法體系,只能通過(guò)個(gè)體的研究對(duì)類(lèi)似工程進(jìn)行指導(dǎo)。 　　在廣州地鐵六號(hào)線的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案中,出現(xiàn)了許多地鐵區(qū)間隧道下穿房屋的典型隧道近接施工問(wèn)題,且常與大跨隧道和小凈距隧道一起出現(xiàn),較典型的例子是如意坊站站后小交隧道需下穿框架結(jié)構(gòu)的大型重載倉(cāng)庫(kù)和多層民房。地鐵施工必須保證建筑物的安全使用,為此必須對(duì)地鐵施工對(duì)建筑物的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)分析,并在設(shè)計(jì)和施工中采取相應(yīng)對(duì)策。 　　本文對(duì)中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院承擔(dān)的“廣州地鐵6號(hào)線如意坊車(chē)站隧道下穿房屋近接施工影響預(yù)測(cè)與安全評(píng)估”這一課題進(jìn)行部分工作的研究以及拓展研究,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo),進(jìn)行三維有限元數(shù)值模擬分析,再用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算模型和參數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn),建立一套隧道施工對(duì)周邊結(jié)構(gòu)物的影響分析的方法體系。根據(jù)分析結(jié)果,對(duì)隧道和周邊結(jié)構(gòu)物的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià),提出要減小隧道施工對(duì)地表建筑物的影響以及確保在地表建筑物影響下的隧道結(jié)構(gòu)安全的應(yīng)對(duì)措施,為該工程和今后類(lèi)似工程的順利實(shí)施提供理論依據(jù)和指導(dǎo)作用。 　　2 工程概況 　　如意坊站站后設(shè)置小交路,采用暗挖施工方案,中間設(shè)置施工豎井兼作盾構(gòu)吊出井和永久結(jié)構(gòu)風(fēng)井,其斷面最大跨度為19.8m,如圖1所示。根據(jù)該站站后小交路區(qū)段的使用功能,具有多種斷面形式并涉及多種施工方法;從常規(guī)的單線小斷面到雙線、三線的大跨斷面,最大凈跨19.8m,初支0.3m,二襯1.0m,雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工,一般斷面初支0.3m,二襯0.5m,采用CRD法施工;多類(lèi)隧道工程近接問(wèn)題包括各暗挖隧道自身在先后施工過(guò)程中的相互影響,且大斷面從廣鐵南站車(chē)間及多層住宅樓、如意坊一號(hào)倉(cāng)庫(kù)下穿過(guò),為框架結(jié)構(gòu)。其中如意坊一號(hào)倉(cāng)庫(kù)樁基距隧道拱頂最小距離僅為1.8m,且設(shè)計(jì)單樁承載力較大,達(dá)560t,隧道施工近接房屋樁基的問(wèn)題更為突出,可能因過(guò)大沉降和傾斜造成建筑物開(kāi)裂甚至破壞,更可能因開(kāi)挖時(shí)隧道拱頂和掌子面的坍塌而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)物坍塌的大事故,風(fēng)險(xiǎn)較大。 　　3 工程地質(zhì) 　　本段地層自上而下分別為:雜填土5.6m,淤泥質(zhì)土1.5m,淤泥質(zhì)細(xì)砂8.7m,淤泥2.45m,粉質(zhì)粘土1.45m,強(qiáng)、中、微風(fēng)化基巖層。本段地下水較豐富,與珠江水系聯(lián)通,隧道拱頂埋深約24～29m,主要位于中、微風(fēng)化巖層中,局部位于強(qiáng)風(fēng)化地層。圍巖及建筑材料物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。 　　4 預(yù)測(cè)方法與模型 　　預(yù)測(cè)分析采用三維有限元施工模擬法結(jié)合類(lèi)比法進(jìn)行,有限元計(jì)算為充分模擬隧道的三維空間效應(yīng),計(jì)算模型所取范圍是:從如意坊車(chē)站端部開(kāi)始,沿地鐵線路方向,包含小交路區(qū)段的大約200m縱向（Z軸方向,起點(diǎn)為YAK7+112）范圍。考慮隧道開(kāi)挖應(yīng)力重分布的影響,以隧道區(qū)域?yàn)楹诵?橫向（X軸方向）范圍取130m,豎向（Y軸方向）取至地面,下取至隧道地板下約40m,結(jié)構(gòu)物模型如圖2所示。在模型范圍,地鐵工程的結(jié)構(gòu)物有小交路暗挖隧道,12m×28.6m×38m的施工豎井,以及盾構(gòu)隧道,民用建筑物有廣鐵南站車(chē)間及多層住宅樓及其樁基（A9）、如意坊一號(hào)倉(cāng)庫(kù)及其樁基（A5）和1幢高層及其樁基。模擬計(jì)算采用ANSYS有限元通用程序,整個(gè)模擬過(guò)程中有限元模型共劃分為22.3萬(wàn)個(gè)單元,計(jì)算中初襯、二襯和管片采用彈性殼單元模擬,群樁用空間梁?jiǎn)卧M,其余樁基及地層及均采用彈塑性8節(jié)點(diǎn)空間實(shí)體單元模擬。其中建筑物樁基均按端承樁考慮,與地層的連接采用耦合一定自由度的方法實(shí)現(xiàn)。 　　5數(shù)值模擬結(jié)果與分析 　　5.1隧道施工對(duì)建筑物的影響范圍 　　根據(jù)典型橫斷面在不同施工步時(shí)的沉降曲線（圖略）以及隧道橫向地表沉降曲線圖,可得出幾個(gè)橫斷面的橫向影響范圍,其中最大影響范圍約從-30～60m,共計(jì)90m。 　　5.2對(duì)建筑物產(chǎn)生影響的小交路隧道范圍 　?、艑?duì)A5產(chǎn)生影響的隧道范圍 　　根據(jù)A5段地表特征點(diǎn)位移的開(kāi)挖影響線（圖略）,可得出隧道的縱向影響范圍,由于斷面大小不同,在此選取最大影響距離作為共同的縱向影響值。在隧道掌子面前方的最大影響范圍約35m,后方的最大影響范圍為60m。 　　⑵對(duì)A9產(chǎn)生影響的隧道范圍 　　由于A9段隧道為對(duì)向施工,因此橫坐標(biāo)選用施工步,根據(jù)A9段地表特征點(diǎn)位移的開(kāi)挖影響線（圖略）,可得出隧道的縱向影響范圍,由于斷面大小不同,在此選取最大影響距離作為共同的縱向影響值。在隧道掌子面前方的最大影響范圍約30m,后方的最大影響范圍為50m。 　　5.3受隧道施工影響的建筑物安全評(píng)價(jià) 　　以A5為例,分析其位移的變化過(guò)程,從各施工階段建筑物及樁基的位移圖可以看到建筑物的位移和傾斜逐漸增大,樁頂最大沉降為24mm。為進(jìn)一步對(duì)A5建筑物的安全進(jìn)行評(píng)價(jià),選取A5建筑物的兩條水平地面基線即AB線和AD線進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)不同施工階段的沉降曲線（圖略）,可見(jiàn)位移值不斷增大,建筑物向大跨斷面方向的傾斜也逐漸增大。 　　根據(jù)規(guī)范,各建筑物的沉降和傾斜指標(biāo)都在允許范圍內(nèi)（見(jiàn)表2）,但由于計(jì)算中并未計(jì)及也無(wú)法計(jì)算失水沉降的影響,根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),失水沉降值較大,可能使沉降和傾斜值超限,因此建議在設(shè)計(jì)和施工中要有充分的止水措施,或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合試驗(yàn)采用以堵為主、限量排放的方法。 　　6結(jié)論 　　6.1如意坊站站后小交隧道下穿框架結(jié)構(gòu)的大型重載倉(cāng)庫(kù)和多層民房,工程的綜合規(guī)模、難度和復(fù)雜程度是較少見(jiàn)的,具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。采用有限元三維施工模擬預(yù)測(cè)對(duì)既有結(jié)構(gòu)物的影響,可以分析預(yù)測(cè)影響范圍和程度等。 　　6.2受隧道施工影響的范圍和隧道的跨度、埋深、隧道間的凈距等關(guān)系密切,隧道跨度大的影響范圍大,故施工中要注意大斷面隧道的施工。 　　6.3地表建筑物的安全性評(píng)估必須先對(duì)結(jié)構(gòu)物的現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估,然后按照相關(guān)規(guī)范和技術(shù)規(guī)程進(jìn)行評(píng)估,各建筑物的沉降和傾斜指標(biāo)都在允許范圍內(nèi)。 　　6.4三維有限元施工模擬計(jì)算驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的合理性。 參考文獻(xiàn) [1]關(guān)寶樹(shù).隧道力學(xué)概論[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,1993 [2]H.卡斯特奈.隧道與坑道靜力學(xué)[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1980 [3]R.H.,薩文.孔附近的應(yīng)力集中[M].北京:科學(xué)出版社,1978 [4]王元湘.關(guān)于深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的增量法和總量法[J].地下空間,2000（3） [5]詹美禮,錢(qián)家歡等.粘彈塑性有限元及其在隧道分析中的應(yīng)用[M] [6]唐孟雄,趙錫宏.基坑開(kāi)挖擋土墻的有限元模型[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1998（10） [7]朱合華,楊林德,橋本正.深基坑工程動(dòng)態(tài)施工反演分析40與變形預(yù)報(bào)[J].巖土工程學(xué)報(bào),1998（7） [8]劉國(guó)彬,沈建明,侯學(xué)淵.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠度分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1998（6） [9]許平.復(fù)雜地質(zhì)條件下樁基工程三維彈塑性有限元分析[D].同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文,1999 [10]劉建航.軟土基坑工程中的時(shí)空效應(yīng)理論與實(shí)踐[J].地基處理,1999（12） [11]楊國(guó)偉.深基坑及其鄰近建筑物保護(hù)研究（博士論文）[D].同濟(jì)大學(xué),2000 [12]高俊合,趙維炳,周成.考慮固結(jié)、土—結(jié)構(gòu)相互作用的基坑開(kāi)挖有限元分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),1999（9） 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