地鐵施工前鄰近砌體建筑物的結(jié)構(gòu)安全性探究

摘 要：伴隨著社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我們對于交通便捷的需求也越來越強烈。在城市這種人員密集、容易交通堵塞的聚集地，地鐵交通尤為重要。但是一直以來地鐵工程存在一個難點和重點，那就是地鐵施工期間如何保證臨近建筑物的正常安全使用。結(jié)合鄰近建筑物的使用規(guī)范和受力特點，通過特定相關(guān)方法對其結(jié)構(gòu)進行安全分析，來確定其變形控制指標(biāo)。如果建筑物在地鐵施工結(jié)束后，其結(jié)構(gòu)安全性沒有受到影響，說明施工前該分析方法合理。

關(guān)鍵詞：地鐵施工；臨近建筑物；結(jié)構(gòu)安全

近年來，人們極力開發(fā)地下可利用空間，以便解決城市各種交通、供水、供電、停車等空間問題。在地面建筑物密集的城市中心，地下的開挖會擾動巖土體，并引起洞室周圍的地表變形和位移，一旦變形和位移幅度超過鄰近建筑物的承受范圍，將會對將建筑物的正常安全使用產(chǎn)生影響。所以，地鐵施工前必須對建筑物的結(jié)構(gòu)和安全性進行評估。根據(jù)施工鄰近建筑物的年代、結(jié)構(gòu)、使用情況等信息，確定建筑物對于地表變化可以承受的抵抗變形力。

1 地表沉降規(guī)律以及對鄰近建筑物的損壞

1.1 地表沉降規(guī)律

1.1.1 地表的縱向沉降規(guī)律

地表的縱向沉降規(guī)律可以分為四階段：微小變形區(qū)、急劇變大變形區(qū)、緩慢變形區(qū)和穩(wěn)定變形區(qū)，如圖1所示：

其中-2.0～0區(qū)間為微小變形區(qū)，0～3.0區(qū)間為急劇變大變形區(qū)，4.0～6.0區(qū)間為緩慢變形區(qū)，6.0～8.0區(qū)間為穩(wěn)定變形區(qū)。

1.1.2 地表的橫向沉降規(guī)律

地表的橫向沉降公式如下：

1.2 對鄰近建筑物的影響

地表沉降可能對鄰近建筑物產(chǎn)生的影響主要分為以下幾種情況：①影響和損害房屋上部結(jié)構(gòu)，比如地表沉降不均導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生不規(guī)則的變形或結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生出內(nèi)力，后果是建筑物開裂甚至失穩(wěn)倒塌；②影響和損失建筑基礎(chǔ)，包括由于地下開挖引起的地表沉降和地表水平方向的拉壓應(yīng)變，導(dǎo)致建筑物破壞性損害；③地表沉降使地基沉載能力減弱。下面對地鐵施工給建筑物帶來的影響方式分別詳細說明。

1.2.1 由地表均勻沉降引起的損害

地鐵施工時，一般會造成地表的均勻沉降，地表建筑物也會隨地表而沉降，如果將地表的沉降幅度控制在一定范圍內(nèi)，那么建筑物的正常使用不會受到很大的影響。但是如果地表均勻沉降超過一定幅度，建筑物基地相對周圍建筑物的地勢就會比較低，容易導(dǎo)致建筑物的地面積水，地基長期浸泡在水中，減小了地基的承受強度，減少建筑物的正常使用壽命，甚至影響建筑物的安全使用。

1.2.2 由地表傾斜引起的損害

地鐵施工時，如果地表沉降不均勻，就會導(dǎo)致地表傾斜，地表原始坡度發(fā)生變化，影響到建筑物的穩(wěn)定和安全，特別是相對于構(gòu)筑形狀奇特、類似倒金字塔狀的建筑物，如果這類建筑物上層結(jié)構(gòu)龐大、底面積較小的高大建筑物，地表的傾斜會引起建筑物的重心失調(diào)，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，嚴(yán)重破壞到建筑物的構(gòu)造。

1.2.3 由曲率引起的損害

地鐵施工導(dǎo)致地面移位和變形，地表會形成曲切面。如果曲切面是負曲率，建筑物會出現(xiàn)中部鏤空結(jié)構(gòu)，它的墻面會出現(xiàn)水平裂縫或者正八字裂縫；如果曲切面是正曲率，那么建筑物兩端會產(chǎn)生鏤空，墻體出現(xiàn)倒八字裂縫，都會影響到建筑物的正常安全使用。

1.2.4 由地表水平變形引起的損害

地鐵施工時，對于地表的水平影響主要來源于拉伸和壓縮，這種變化對建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的損壞比較大，會減少建筑物的使用壽命。

2 鄰近砌體建筑物的安全風(fēng)險評估

評估建筑物的安全風(fēng)險，首先應(yīng)當(dāng)評估建筑物的現(xiàn)狀，預(yù)測施工工程將會對建筑物產(chǎn)生的影響，制定可以保護建筑物使用安全的措施，使施工工程在建筑物安全的情況下正常使用。對此所要做的工作是：調(diào)查建筑物資料；評估建筑物現(xiàn)狀；預(yù)測施工工程對于建筑物的影響；制定地鐵沉降控制標(biāo)準(zhǔn)；制定施工過程安全管理方案。

2.1 調(diào)查建筑資料

2.1.1 與臨近建筑物有關(guān)的資料

調(diào)查資料是為了了解地鐵于鄰近建筑物的結(jié)構(gòu)和位置以及二者之間的空間位置關(guān)系。

需要準(zhǔn)備的調(diào)查資料有：工程地質(zhì)報告、原設(shè)計圖、竣工圖、竣工驗收文件、檢查觀測記錄、事故處理報告、例次加固和改造設(shè)計圖，另外還要獲得有關(guān)原始施工材料和建筑物使用條件的資料。根據(jù)這些資料和建筑實物進行檢查核對和分析。

2.1.2 與地鐵施工結(jié)構(gòu)有關(guān)的調(diào)查

包括有關(guān)資料圖、設(shè)計資料（關(guān)于地鐵車站的結(jié)構(gòu)）、平面布置圖、地鐵與建筑物的位置關(guān)系圖、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的數(shù)據(jù)分析與實際測算、對結(jié)構(gòu)性能與幾何參數(shù)的分析測算等。

2.2 評估建筑物現(xiàn)狀

評估建筑物當(dāng)前狀態(tài)，預(yù)測出它的承受度，判斷是否在地鐵施工過程中可能出現(xiàn)的地面沉降或傾斜范圍之內(nèi)，并且可以根據(jù)建筑物現(xiàn)狀制定相應(yīng)的施工安全方案。

評估范圍原則上為地鐵的隧道中線兩側(cè)各30m范圍之內(nèi)的建筑物，地鐵車站周圍50m的范圍之內(nèi)的建筑物。評估主要內(nèi)容有：地基基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)的承載力的驗算和估算、結(jié)構(gòu)變形、構(gòu)造與鏈接、裂縫。然后，根據(jù)建筑物的差異沉降，計算出建筑物的現(xiàn)狀承載力和剩余承載力，得出它的剩余變形能力。

對于建筑物現(xiàn)狀的評估方法如下：①估算建筑物工前原有的沉降度，以建筑地基有關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范為基礎(chǔ)，運用基礎(chǔ)的測量方式，測出建筑物的傾斜度，推測建筑物施工前的差異沉降；②估算出建筑物的原有承載力，一般采用簡化的方式，使建筑物成為梁的變形，這時它在集中荷載力的作用下理想跨度為L，高度為H。

3 采取的保護措施

施工前調(diào)查完可能影響范圍內(nèi)的建筑物后，即明確了建筑物的詳細狀況，包括結(jié)構(gòu)形式、數(shù)量、修建年代、質(zhì)量好壞、基礎(chǔ)形式、與地鐵線路的位置關(guān)系等。如果預(yù)測出建筑物承擔(dān)較大的風(fēng)險時，應(yīng)當(dāng)預(yù)先采取加固措施，防患于未然。主要的加固措施有：依據(jù)工程的現(xiàn)實狀況，選擇采用地層注漿或隔離樁的措施，有必要時，可以進行樁基托換或加固。

3.1 地基注漿

對周邊構(gòu)筑物的地基進行注漿加固是施工中常常使用的一種加固措施，是采用啞謎注入工法，通過注漿管的滲透壓力，注漿液滲透入地表，強化周邊地層的土質(zhì)，壓密和壓縮的原狀土，經(jīng)過滲透后固結(jié)硬化形成柱狀或片狀固體結(jié)構(gòu)，又由于滲透物與原狀土的混合，原狀土的分布性能力得到增強，減少滲水量，使地表土層更加緊密結(jié)實，防止土層大幅度的壓縮變形，保證房屋的安全。如果建筑物為樁基礎(chǔ)，應(yīng)當(dāng)考慮樁間注漿，以便提高外層的固結(jié)程度，加強樁底部承載區(qū)的約束，最終可以將建筑物的損失程度降至最低。

3.2 隔離樁法

隔離樁法的原理是借用隔離樁轉(zhuǎn)移上部地基和建筑物的附加應(yīng)力，使其承受的力傳到地底持力層，切斷地表層的變形傳遞，從而減弱地鐵施工對鄰近建筑物的沉降影響。隔離樁法能夠有效控制地鐵工程施工過程對鄰近建筑的影響，所以得到國內(nèi)外施工行業(yè)的認(rèn)可和采納。如果建筑物安全風(fēng)險較大，應(yīng)當(dāng)在洞內(nèi)或地面施作隔離樁，并采取措施防止基礎(chǔ)相鄰的地層下沉。可以有效阻隔施工范圍內(nèi)的地基變形和鄰近建筑受到的損害和影響。此方法比較適用于地鐵工程中，鄰近建筑高大的情況。

3.3 隔斷墻法

隔斷墻法比較適用于地鐵工程開挖深基坑的狀況，使用隔斷墻法的同時還應(yīng)當(dāng)進行跟蹤充填注漿，防止基坑外的土體位移，為基坑和鄰近建筑提供了保護屏障。并且有效控制了地下連續(xù)墻的位移，最終減弱了周邊建筑物的地基變形和沉降。

4 結(jié) 語

在人口周密的繁華都市里，車流量大、施工場地偏小，地鐵施工本身具有工期投資多、工期長、規(guī)模大的特點，地鐵施工活動將不可避免地對周邊建筑安全產(chǎn)生影響，對于施工前鄰近建筑的結(jié)構(gòu)安全性是很必要研究的課題。

參考文獻

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作者簡介：王鈺哲（1982-），男，本科，中級工程師，主要從事地鐵施工管理工作。