城市隧道施工對地表建筑物影響機(jī)理及數(shù)值模擬分析

以徐州軌道交通3號線穿越某框架建筑物為工程背景,運(yùn)用midas/gts數(shù)值計(jì)算等方法揭示地鐵隧道施工過程中地表的沉降規(guī)律及隧道以不同穿越角度時(shí)建筑物基礎(chǔ)的沉降規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明隧道盾構(gòu)施工引起的地表不均勻沉降差值較大;不同角度穿越地表建筑時(shí),基礎(chǔ)沉降分布形態(tài)由對稱分布逐漸轉(zhuǎn)向單側(cè)傾斜,橫向相鄰柱的基礎(chǔ)沉降差變化較小,縱向相鄰柱的基礎(chǔ)沉降差迅速增大,隧道中線附近的柱為最不利位置,計(jì)算結(jié)果可供類似選線工程借鑒。

當(dāng)盾構(gòu)隧道下穿城市建筑物時(shí),因隧道周邊土體與建筑物間存在相互作用效應(yīng),盾構(gòu)施工誘發(fā)的地面沉降必然與其穿越無建筑物的自由地層有所不同.為此,通過大型通用有限元軟件ansys對無錫地鐵1號線盾構(gòu)區(qū)間部分風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)建立了三維有限元模型進(jìn)行數(shù)值分析,并將計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對比,揭示了盾構(gòu)施工擾動(dòng)對地層位移場以及建筑物隆沉的影響規(guī)律.

當(dāng)盾構(gòu)隧道下穿城市建筑物時(shí),因隧道周邊土體與建筑物間存在相互作用效應(yīng),盾構(gòu)施工誘發(fā)的地面沉降必然與其穿越無建筑物的自由地層有所不同.為此,通過大型通用有限元軟件ansys對無錫地鐵1號線盾構(gòu)區(qū)間部分風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)建立了三維有限元模型進(jìn)行數(shù)值分析,并將計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對比,揭示了盾構(gòu)施工擾動(dòng)對地層位移場以及建筑物隆沉的影響規(guī)律.

作為工程建設(shè)中重要設(shè)備,盾構(gòu)機(jī)在城市建筑過程中得到了廣泛的運(yùn)用,給工程建設(shè)效率帶來了巨大的提升。但是在實(shí)際中,由于盾構(gòu)機(jī)本身機(jī)器的原因,盾構(gòu)機(jī)在工程建設(shè)中也出現(xiàn)了很多問題,如地層損失、地面沉降等。這些給工程質(zhì)量帶來了嚴(yán)重的問題,為此,文章將對這方面進(jìn)行相應(yīng)的探究,找到其中的影響因素,并采取有效措施進(jìn)行相應(yīng)的防治,從而保證工程建設(shè)質(zhì)量。

以青島膠州灣海底隧道青島端接線工程開挖為研究對象,根據(jù)其受隧道施工影響的程度分成很鄰近(極鄰近)、鄰近、較鄰近和不鄰近4個(gè)等級,提出了劃分標(biāo)準(zhǔn)以及鄰近地鐵建筑物沉降及傾斜的計(jì)算方法.基于建筑物破壞等級和建筑物重要性將鄰近建筑物安全風(fēng)險(xiǎn)等級劃分為3級,提出了上部建筑的破壞等級、重要性和安全風(fēng)險(xiǎn)等級之間的對應(yīng)關(guān)系.提出房屋損壞三階段評價(jià)分析法對不同等級鄰近建筑物的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估.典型工程實(shí)例應(yīng)用證明提出的方法簡便、可行.研究成果對指導(dǎo)青島后續(xù)地鐵隧道工程開挖和保證地表建筑物安全有重要參考價(jià)值.

隨著城市地鐵建設(shè)的高速發(fā)展,地面建筑物的施工將必然會(huì)對已有的地鐵隧道造成一定的影響,本文運(yùn)用flac3d三維數(shù)值模擬計(jì)算軟件分析建筑物施工對鄰近地鐵隧道的影響,對土體自重固結(jié)、地鐵隧道開挖、襯砌施工到建筑物荷載施加的整個(gè)過程進(jìn)行模擬分析,得出的結(jié)果表明該方法對實(shí)際工程有一定的指導(dǎo)意義。

城市隧道和城市地鐵由于施工地點(diǎn)多在城市中心人口密集區(qū),因此,對環(huán)境和周圍的建筑都帶來一定的影響.本文通過介紹摩爾-庫倫準(zhǔn)則建立市政隧道工程施工影響區(qū)域劃分相關(guān)理論,對城市隧道對周圍的不利影響成因進(jìn)行分析,提出相應(yīng)的防治措施,使城市隧道施工更加合理、規(guī)范.

回顧了近十幾年來隧道施工對地表及鄰近建筑物影響的研究狀況,對常用以及新近的分析方法進(jìn)行了歸納總結(jié),指出了目前研究存在的一些問題,為今后的研究與發(fā)展方向提出了建議

以某地鐵隧道穿越地表建筑的工程項(xiàng)目為依托,通過隧道不同穿越角度和偏心比條件下的數(shù)值仿真計(jì)算,分析隧道穿越方式對地表建筑基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)變形形態(tài)的影響。計(jì)算結(jié)果表明:隧道以不同角度和偏心比條件穿越時(shí),地表建筑基礎(chǔ)的沉降過程和分布形態(tài)差異明顯。隨著穿越角度的減少,建筑基礎(chǔ)沉降最大增幅達(dá)37.3%,基礎(chǔ)最大沉降位置偏移,沉降分布形態(tài)由對稱分布逐漸向單側(cè)傾斜,橫向相鄰柱基沉降差迅速增大,縱向相鄰柱基沉降差變化較小;建筑物傾斜值增加明顯,最大增幅約10倍。隨著隧道偏心比的增大,即隧道逐漸偏離建筑中心,一側(cè)基礎(chǔ)沉降增大,最大增幅1.64倍,另一側(cè)基礎(chǔ)沉降減少,最大降幅1.24倍,基礎(chǔ)最大沉降位置由建筑中心轉(zhuǎn)向側(cè)墻,沉降分布形態(tài)由對稱分布向單側(cè)傾斜,橫向相鄰柱基沉降差基本不變,縱向相鄰柱基沉降差明顯增大,最不利情況出現(xiàn)在偏心比為0.8時(shí)。偏心比的改變對建筑物橫向傾斜影響較大,對建筑縱向傾斜影響較小。

盾構(gòu)隧道-地層-建筑物相互作用機(jī)理較為復(fù)雜,需要通過較完整的監(jiān)測數(shù)據(jù),經(jīng)典地表沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式,以及有限元數(shù)值計(jì)算方法等綜合手段,才能分析出盾構(gòu)隧道施工過程中引起的地面沉降和建筑物力學(xué)變化情況。某商務(wù)廣場在臨近盾構(gòu)隧道施工過程中,出現(xiàn)了地面沉降、地裂縫、建筑物室內(nèi)裝飾破壞等現(xiàn)象。將建筑物和開洞地基看作一個(gè)有機(jī)整體,結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)和peck公式,利用有限元軟件ansys10.0建立三維非線性有限元模型,得出的結(jié)論,對控制地面沉降和建筑物力學(xué)狀態(tài)變化,以及后期的修繕加固措施,有一定的參考價(jià)值。

在現(xiàn)代化城市地下道路的建設(shè)工程中,盾構(gòu)法施工技術(shù)以其施工速度快、機(jī)械化程度高、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)勢而得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是由于地質(zhì)條件和施工工藝的限制,盾構(gòu)推進(jìn)過程對地表的改變是不可避免的,如何預(yù)測施工引起的地層位移,以及盡量確保地表不致變形,提出了具體的對策分析。

基坑開挖卸荷必然對臨近軟土地鐵隧道產(chǎn)生影響,因此如何預(yù)測隧道變形并提出相應(yīng)預(yù)防和保護(hù)措施顯得尤為重要。結(jié)合上海地區(qū)一個(gè)臨近地鐵隧道的基坑工程,運(yùn)用整體有限元分析方法對地鐵隧道在基坑施工過程中所產(chǎn)生的影響進(jìn)行彈塑性分析。分析結(jié)果與工程實(shí)測數(shù)據(jù)比較吻合,表明整體有限元方法可以較好地模擬此類工程問題,從而為實(shí)際工程的設(shè)計(jì)施工提供一定的理論和計(jì)算依據(jù)。

淺埋隧道施工對地表建筑物的影響,主要與隧道斷面和埋深、圍巖物理力學(xué)性質(zhì)、施工方法及隧道和建筑物的空間相對關(guān)系直接相關(guān)?；谳富莩请H鐵路松山湖隧道下穿建筑物區(qū)段工程,為預(yù)測淺埋隧道施工對地表建筑物的影響范圍以及影響程度,以隧道埋深、建筑物基礎(chǔ)類型、隧道與建筑物空間關(guān)系等多種因素為可變參數(shù),建立大量力學(xué)模型,通過數(shù)值模擬分析,得到隧道圍巖變形規(guī)律,并以此為基礎(chǔ)分析隧道開挖對地表建筑物變形的影響。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),建立劃分隧道對地表建筑物影響范圍的分區(qū)和控制標(biāo)準(zhǔn),提出相應(yīng)的影響范圍判定經(jīng)驗(yàn)公式。

論述盾構(gòu)施工對地表建筑物的安全影響；分析盾構(gòu)通過建筑物時(shí)的組織方法；論述了盾構(gòu)施工影響區(qū)域的劃分和對建

地鐵在北京、廣州等大城市已經(jīng)相繼出現(xiàn)，其凝結(jié)了先進(jìn)的軌道交通技術(shù)，有效地利用了城市地下空間，便利了人們的交通出行，對現(xiàn)代化城市的建設(shè)起著重要的作用。在實(shí)際的地鐵施工中，盾構(gòu)法是比較常用的方法，利用盾構(gòu)法進(jìn)行施工會(huì)對地表及建筑物造成一定的影響，為了保證地鐵施工的質(zhì)量，就需要對可能造成的影響進(jìn)行分析，并優(yōu)化地鐵施工組織管理，這樣才能確保地鐵工程施工的質(zhì)量。

針對武漢長江隧道盾構(gòu)施工對地下管線的影響及保護(hù),應(yīng)用有限元軟件abaqus模擬盾構(gòu)施工過程,分析管線在不同刀盤推進(jìn)力、不同注漿壓力、管線與盾構(gòu)開挖面不同距離、不同管線埋深情況下的位移、應(yīng)力,預(yù)測管線的安全。模擬計(jì)算結(jié)果證明,注漿壓力越大、管線埋深越深、距開挖面越近,土體擾動(dòng)對管線位移影響越大。而刀盤推進(jìn)力變化對管線位移影響與盾構(gòu)是否已穿過管線下方有關(guān)系。而隨注漿壓力增大,管線最大應(yīng)力增大。

為研究地鐵盾構(gòu)施工對地表建筑物位移的影響,基于實(shí)際工程資料,采用ansys三維建模來進(jìn)行模擬計(jì)算,以期對不同施工步下地表的建筑物特征點(diǎn)、橫向以及縱向考察帶位移曲線進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明,盾構(gòu)施工對隧道前方15m以及左右20m均有影響,對地表建筑物的影響與施工中產(chǎn)生的地表位移曲線的位置相關(guān),后期隧道的修建并未引起前期隧道的最大沉降位置發(fā)生較大移動(dòng)。

以青島膠州灣海底隧道青島端接線工程開挖為研究對象,應(yīng)用事故樹分析法對可能引起地表建筑物受損的各種爆破振動(dòng)因素進(jìn)行定性分析,求出各影響因素的重要度,為后續(xù)監(jiān)測和施工方案的調(diào)整提供理論依據(jù).通過現(xiàn)場對爆破振動(dòng)監(jiān)測,確立振動(dòng)傳播衰減規(guī)律,并以此對地面建筑物進(jìn)行安全性評價(jià).研究成果對指導(dǎo)青島后續(xù)地鐵隧道工程開挖和保證地表建筑物安全有重要參考價(jià)值.

采用flac3d軟件,以擬建的廣州地鐵3#線典型車站為例,對盾構(gòu)過站,擴(kuò)挖成站施工引起的地表沉降規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了不同工況盾構(gòu)雙隧道過站施工對地面帶來的影響;并在此基礎(chǔ)上采取不同加固土體措施情況下,模擬了擴(kuò)挖建站對地面變形的影響程度.研究結(jié)果對盾構(gòu)直接過站方案是一種技術(shù)支持,作為盾構(gòu)過站施工對地表沉降影響預(yù)測的方法,可為我國盾構(gòu)法技術(shù)的擴(kuò)大應(yīng)用提供部分理論依據(jù)和參考.

研究目的：為探討新建隧道從不同距離、不同部位鄰近既有建筑物施工的影響強(qiáng)弱程度，采用數(shù)值模擬方法，基于隧道與建筑物之間的夾巖應(yīng)力狀態(tài)變化趨勢，建立隧道近接建筑物施工的影響分區(qū)，并在影響分區(qū)的基礎(chǔ)上提出對策分級。研究結(jié)論：（1）基于摩爾一庫侖準(zhǔn)則，可按隧道開挖后的夾巖應(yīng)力狀態(tài)“全部進(jìn)入屈服、全部出現(xiàn)應(yīng)力集中但并未全部進(jìn)入屈服、開始出現(xiàn)應(yīng)力不變或應(yīng)力反而改善”三種情況，對新建隧道近接既有建筑物施工劃分強(qiáng)、弱、無3個(gè)影響分區(qū)；（2）基于本文計(jì)算參數(shù)的影響分區(qū)劃分如下：在0°方向，強(qiáng)、弱影響分界為隧道距離建筑物基礎(chǔ)邊界1．0d（d為隧道跨度，下同），弱、無影響分界為3．0d；在30°、45°、60°、90°方向，強(qiáng)、弱影響分界為隧道距離建筑物基底中心1．5d，弱、無影響分界為3．0d；（3）針對強(qiáng)、弱、無影響分區(qū)，可相應(yīng)采取“超前加固措施、僅加強(qiáng)掘進(jìn)參數(shù)控制，按常規(guī)地段施工控制”等對策分級措施；（4）該研究成果對隧道近接建筑物施工的精細(xì)化管理具有一定的指導(dǎo)意義。

伴隨著我國城市化進(jìn)程的加快以及人口的增加,城市的交通壓力日益提升.在這樣的背景之下,各城市開展了立體交通工程的建設(shè),并進(jìn)一步促進(jìn)地鐵等交通事業(yè)的發(fā)展.事實(shí)上,地鐵工程在建設(shè)的過程中往往會(huì)在城市建筑物的基礎(chǔ)下方進(jìn)行隧道工程的建設(shè),進(jìn)而導(dǎo)致工程建設(shè)難度以及危險(xiǎn)性的提升,為了促進(jìn)工程建設(shè)效率以及質(zhì)量的提升,需要工程建設(shè)單位加強(qiáng)對于城市隧道近接建筑物施工影響的分析并制定出相關(guān)的解決措施.

以某框架結(jié)構(gòu)綜合樓為研究對象,采用flac3d進(jìn)行數(shù)值模擬,并通過計(jì)算結(jié)果分析了盾構(gòu)法地下隧道穿越建筑物時(shí)對建筑物自身沉降的影響,為盾構(gòu)法地下隧道工程接近建筑物施工提供了參考價(jià)值。