地铁隧道开挖对建筑结构沉降控制分析

2022-09-10

1 地铁施工对地表和建筑物的影响

建筑物的变形与地表变形之间的关系, 是与建筑物基础的材料、长度、宽度、深度、荷载以及地基性质、建筑物平面形状、上部结构的刚度等有关。开挖地铁隧道, 引起地层的扰动, 从而隧道周围的应力应变场发生变化, 水位情况也发生改变, 导致上层土体的沉降和固结, 进而扩展到附近建筑物地基下面, 并由地基传递给建筑物基础, 再往上传递给结构, 引起结构的次生内力和变形, 或者倾斜、倒塌。同时, 建筑物的存在, 其自重与基础刚度也约束了地层的运动, 进而影响隧道围岩应力应变场的变化幅度和变化范围。因此, 隧道与邻近建筑物是相互作用、相互制约的。

2 邻近建筑物下的隧道施工影响分析

一般情况下, 隧道施工所引起的地表的基本损害主要有以下几种形式。

(1) 地表不均匀沉降 (倾斜) 地表过量的不均匀沉降将导致房屋基础开裂, 相邻框架荷载增加, 引起多层或高层建筑的倾斜等危害。地基允许的不均匀沉降, 对于砌体承重结构由局部控制, 对于框架结构和单层排架结构由相邻柱基的沉降差控制, 对于多层建筑和高耸结构由倾斜值控制。

(2) 地表曲率由于地表曲率变化造成对建筑物的损害程度较大, 在负曲率 (地表相对下凹) 的作用下, 建筑物的中央部位悬空, 使墙体产生正“八”字裂缝和水平裂缝。

(3) 地表水平变形地表水平变形有拉伸和压缩两种, 它对建筑物的破坏作用很大, 尤其是拉伸变形的影响, 建筑物抵抗拉伸变形的能力远小于抵抗压缩变形的能力。由于建筑物对地表拉伸变形非常敏感, 位于地表拉伸区的建筑物, 其基础侧面、底面均受来自地基底外向摩擦力作用, 基础侧面受来自地基底外向水平推力作用, 建筑物抵抗拉伸作用的能力很小, 不大的拉伸变形足以使建筑物开裂。地表压缩变形对于其上部建筑物作用的方式也是通过地基对基础侧面推力与底面摩擦力施加的, 其力的方向与拉伸时相反。

3 隧道施工对地表建筑物影响的控制研究

施工前应确定哪些建筑物需要保护在施工中对被保护的建筑物要严格监测以信息反馈确保建筑物和施工安全, 所以在施工前要做好以下几项工作。

(1) 对已有建筑物进行调查。对沿线影响范围区域内的建筑物逐一编号, 根据图档资料和现场调查, 列表表明建筑物的规模、形式、基础构造 (型式、尺寸、埋深、材料等) 、建造年代、使用状况 (包括现有损坏程度和维修难易) 等。对有保护必要的建筑物尚须查清有无进行保护工程所必需的工作场地或与邻近建筑物的关系。

(2) 确定已有建筑物的容许变形量。确定建筑物的容许变形量, 需从结构和使用功能两方面加以考虑, 也就是说应在考虑地基条件、基础形式、上部结构特性、周围环境、使用要求后, 在不产生结构性损坏和不影响使用功能的前提下予以确定。

(3) 估算已有建筑物由于施工可能产生的变形量。在施工中, 地基变形的大小随地层条件、隧道埋深和尺寸、施工方法和水平而异, 一般可根据理论分析和己有施工实践资料的积累, 对处于不同位置的建筑物可能产生的变形量做出预测, 并将其与它自身容许变形相比较, 以判定它是否需要保护。但最终的决策还得从经济和社会效益等方面综合考虑决定。

4 地表沉降控制标准

地铁隧道在不同地质条件下其地表沉降控制标准值的设定是很有难度的, 这是因为不同的地质环境条件下地表沉降影响因素是不同的, 而标准的制定需要大量数据的统计和分析, 这就要求我们必须通过大量的工程实际统计来总结规律, 根据大量的监测结果我们可以得出一般地表沉降控制标准。建筑物由于结构形式、基础类型、建筑尺寸、荷载情况、建造时期和使用情况、功能和重要性等的不同, 具有不同的承受荷载作用和变形的能力。因此, 必须根据其建筑物的实际情况来确定相应的变形控制指标。地层变形沉降控制标准是根据有关规范、规程、计算资料及类似工程经验制定的, 对于不同的监测对象有不同的监测控制标准, 一般分别采用如下标准:地面沉降极限值控制在-30mm~+10mm以内;地表沉降、隆起位移平均速率控制在1mm/d位移最大速率控制在3Inm/d以内;报警值按极限值的一定比例设定, 一般为-16mm~+8mm以内。桩基础建筑物允许最大沉降值不应大于10mm;天然地基建筑物允许最大沉降值不应大于30mm。

摘要：本文对地铁隧道开挖对邻近建筑结构的影响为研究对象, 以控制工程施工对地面城市环境的影响为研究出发点, 针对建筑物结构, 结合现场监测、数值模拟和模型试验等手段, 重点研究了由隧道开挖引起的地层移动和沉降所诱发的结构变形特征, 进而确定此种建筑物结构的抗地层移动和沉降变形的控制标准。

关键词：地铁隧道,建筑物,模型试验,控制标准