基于数值模拟的盾构正穿建筑物相互影响分析

基于数值模拟的盾构正穿建筑物相互影响分析

傅雅莉

MutualImpactofShieldandBuildingBasedontheNumericalSimulation傅雅莉FUYa-li（广州地铁设计研究院有限公司，广州510000）（GuangzhouMetroDesignResearchInstituteCo.，Ltd.，Guangzhou510000，China）

摘要院以南昌轨道交通1号线八一馆站耀八一广场站区间下穿青少年宫为例，采用FLAC3D数值模拟施工过程中盾构与建筑物的相互影响，定量预测施工对既有房屋的影响程度，综合分析结果及工程类比，采用工程措施确保地铁施工期间房屋的安全，给后续施工提供参考。

Abstract:TakingtheNanchangrailtransitNo.1lineBayiGuanStationtoBayisquarestationspacethroughyoungpalaceasanexample,thispaperusedFLAC3Dfornumericalsimulationofthemutualinfluenceofshieldandbuildinginconstructionprocess,quantitativelyforecastedtheinfluencedegreeoftheconstructionontheexistinghouses,comprehensivelyanalyzedtheresultsandengineeringanalogy,andtooktheengineeringmeasurestoensurethesafetyofthehouseduringsubwayconstruction,toprovidereferenceforthefollow-upconstruction.

关键词院盾构隧道；施工影响；数值分析Keywords:shieldtunnel；constructioninfluence；numericalanalysis中图分类号院U455文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）23-0128-021

工程概况南昌市轨道交通1号线一期工程八一馆站耀八一广场站盾构区间（CK14+418.597耀CK15+373.550）单线长954.953m，该区间段穿越老城区，沿线建构筑物众多，且区间周边建筑年代久远，桩基大都未深入岩层，施工风险较大。其中，青少年宫位于中山路与百花洲路三叉路口东北侧，中山路75-77号，主楼为10层砼结构，裙房为4~7层混合结构，基础为400伊400预制方桩，桩长12.0m，桩底标高5.6耀6.8m，桩底位于砂砾卵石层。

2工程地质及水文地质八耀八区间地层岩性由人工填土（Qml）、第四系全新统湖积层（Q4l）、第四系上更新统冲积层（Q3al）、下部为第三系新余群基岩（Exn）等4个岩层组成。自上而下依次划分为淤1杂填土层、于1粉质粘土、盂3中砂层、盂6圆砾层、盂5砾砂层、虞1泥质粉砂岩。盾构隧道主要穿越地层以虞1-2中风化泥质粉砂岩为主。局部穿越盂6-j砾砂、虞1-1强风化泥质粉砂岩、虞1-3微风化泥质粉砂岩。

3盾构下穿建筑物的模型分析3.1模型建立选取少年宫建筑L型框架结构为研究对象，对其进行适当简化处理，将建筑上部结构简化成地上6层和11层框架结构。

为消除模型边界效应影响，计算范围取3~5倍洞径，故模型尺寸为：横向60m，竖向顶部取至地表，共46m，纵向（隧道掘进方向）长100m。模型中，土层采用实体单元模拟，选用Mohr-Coulomb本构模型，桩基承台基础及管片采用实体单元模拟，选用各向同性弹性本构模型，梁和柱均采用beam单元，桩采用pile单元。

模型的边界条件：左、右两边x方向水平约束，前、后y方向水平约束，底部z方向竖向约束，上表面自由。

计算分析中，根据现有的地质资料和相关规范，采用从图3可以看出，盾构隧道施工引起周围一定范围内地层移动，并延伸至地表，产生明显的沉降槽，最大沉降值可达4.0~5.0cm。此外，受建筑物桩基础及施工顺序的影响，在穿越建筑物段，横断面上沉降具有显著不对称性。

3.2.2青少年宫建筑结构影响分析隧道开挖对土体扰动，使临近建筑物地基可能产生不均匀沉降，这是建筑物发生倾斜的主要原因。严重倾斜不仅影响建筑工程的正常使用，而且危及工程安全。

由图4和图5显示，建筑物边柱的横向倾斜位移随着盾构施工掘进逐渐增大，顶部测点E横向倾斜位移最大为-91.94mm，基本接近规范允许值，比较危险。

青少年宫边柱的纵向倾斜变化基本一致，纵向倾斜量较大主要发生在右线隧道下穿建筑后50m到左线隧道开挖至35m的过程中，对比横向倾斜位移，纵向倾斜位移受隧道施工影响较小，纵向倾斜位移最大为边柱GH上的测点G，其值为-26.3mm，此后随着隧道穿过建筑物后，由于隧道施工引起地层局部扰动，建筑物纵向倾斜位移又逐渐增大。

地铁隧道下穿青少年宫施工过程中，建筑物存在区域的倾斜位移接近允许值。从各点的倾斜值差来看，建筑物横向及纵向位移均表现出不均性，可能在其垂直面和水平面内产生扭转变形，导致墙体出现裂缝，从而建筑存在一定的安全风险。

4结语青少年宫受盾构双线下穿影响，地层存在二次扰动，其隧顶岩层覆盖约为2m，上部的富水砾砂圆砾层自稳性极差，在盾构穿越过程中将对建筑物造成较大影响，存在高风险，需提前进行加固处理。建议：淤建筑物南端部分采取双液注浆隔离；于在左右线隧道穿越建筑物出入口附近，对隧道及附近松散土体进行加固；盂右线先行，然后进行洞内深孔注浆，隧道采用特殊管片。

参考文献院[1]OngCW,LeungCF,YongKY,etal.Centrifugemodelingofpileresponsesduetotunnelinginclay[J].UndergroundSingapore,2005,128(4):327-336.[2]杨平，朱逢斌.城市隧道施工对邻近单桩工作性状影响研究[J].现代隧道技术，2006，11（增）：234-239.[3]朱逢斌，杨平，余才高.城市地铁隧道对结构物上部桩基的影响[J].南京林业大学学报：自然科学版，2009，33（6）：108-112.