隧道施工對地表建筑物影響因素敏感性分析

袁理中，萬嬌，羅春燕

（1重慶市潼南區公路局，重慶 402660；2重慶市潼南區建設工程（集團）有限公司，重慶 402660）

0 引言

隨著地下空間建設的快速發展，隧道開挖對地表建筑物的影響已成為一個熱點問題。隧道開挖引起的地層位移將使地表建筑物基礎產生不同程度的沉降，對建筑物產生嚴重的損害[1-9]，目前，國內外對隧道開挖引起建筑物損害的研究較多，但都集中在各種工況對地表建筑物的影響，對工況下各種因素的影響程度的研究較少。本文以磨盤山隧道為依據，通過分析隧道開挖對地表框架結構影響的各種因素，進行正交試驗設計及數值模擬，對各種因素的影響程度進行研究，對保證建筑物的安全和正常使用具有重大意義。

1 地表建筑物工況的隧道施工二維有限元模擬

磨盤山隧道凈寬10m，凈高6.8m，隧道軸線間距35.5m。考慮到地面建筑物與隧道走向一致，且在其縱向延伸方向上長度較長，可將其簡化為平面應變問題考慮，并以垂直隧道走向方向的斷面作為計算斷面[10]。假定土體為均質土層，土體本構模型采用Drucker-Prager模型。隧道采用二臺階法開挖，網格劃分如圖1所示。將錨桿的力學作用等效為錨桿作用范圍內土體力學參數的改善，本文采用預加固區進行模擬，厚度為3m，土體和預加固區采用Plane42實體單元；隧道襯砌采用Beam3單元，厚度為0.4m，按線彈性材料考慮，材料為C35鋼筋混凝土。采用Plane42實體單元來模擬建筑物基礎，基礎埋深為1m，長度為2m。基礎上方建筑物為4層，梁柱體系，截面尺寸均為0.6m×0.6m，采用Beam3單元模擬，材料參數見表1。每層活荷載按規范取值，頂層活荷載為0.5kPa，其他層活荷載平均值取2.25 kPa，考慮傳遞到框架梁上的墻體重力，每層樓板面上所加荷載為4.9 kPa（頂層除外）。隧道和建筑物的尺寸見圖2，圖中H為隧道頂部到地面的垂直距離 （m）；L為建筑物軸線到隧道中心線的水平距離（m）；D為隧道跨度（m）；整個模型在水平方向取150m，在豎直方向取80m。

圖2 建筑物和隧道幾何關系圖

表1 數值計算中材料物理力學參數

2 數值模擬正交試驗設計

為了全面合理地分析各個條件對計算結果的影響，并盡可能減少模擬計算次數，現采用正交試驗設計法進行數值模擬方案設計，分析影響計算的各個因素，根據隧道開挖地表沉降變形規律，并參考文獻[6-9]的研究結果，取隧道中心線-建筑物軸線的距離與隧道跨度的比值L/D=0、2、4，隧道頂部覆土層厚度與隧道跨度的比值H/D=1、1.5、2.5進行研究，各試驗因素及水平取值如表2所示（已知D=10m）。

表2 試驗因素和水平

表3 試驗方案設計表

由表2知，選用L9（34）正交表進行試驗設計，試驗方案設計見表3。

由表3可知，只需計算水平組合所示的九種情況即可全面合理的反映所有條件組合對結果的影響。

（1）當隧道中心線-建筑物軸線的距離L=0m、隧道頂部覆土層厚度H=15m和隧道圍巖級別為Ⅳ級時，隧道開挖對地表框架結構內力影響最大，故在類似施工環境條件隧道下穿地表建筑物時，應當控制隧道開挖引起的地表沉降，減弱對地表建筑物的影響；

3 有限元計算結果分析

模擬重力場和隧道開挖施工過程。通過對各工況計算，得到隧道施工過程中地表框架結構梁柱體系出現的最大彎矩、剪力和軸力，如表4、表5所示，采用多指標問題的直觀分析和極差分析如下：

表4 各工況計算結果

表5 各指標分析表

張潔等[3]利用魚骨圖從環節、護士、患者、環境四個方面找出導致患者液體出入量記錄不正確的多種原因，并采取要因論證的方法，最終確定與護士相關的主要因素為估算標準不統一：（1）記錄方法不統一；（2）液體出入量記錄流程不規范；（3）上級部門監督力度不夠。測量工具的問題：（1）測量工具不準確；（2）量具不清潔；（3）量具消毒不規范；（4）測量時光線不足致看不清。上述研究與劉世美等[4]調查結果一致，考慮到此次調查對象為危重癥患者，因病情危重，自理能力較差，患者自身對出入量記錄的影響較小，結合調查中出入量記錄時存在的具體錯誤情況，主要為護士自身、測量工具及管理制度的問題，現總結如下。

通過考察框架結構的彎矩、軸力和剪力三個試驗指標分析各因素對框架結構的影響，經過極差分析可知：三個因素對框架結構的影響次序由大到小依次是：圍巖級別→隧道中心線-建筑物軸線的距離（L）→隧道頂部覆土層厚度（H）。

在本文所選擇的隧道跨度和開挖施工所用的材料參數的基礎上，結合正交試驗設計方法，進行各因素下二維有限元的彈塑性計算，通過直觀分析和極差分析得出以下結論：

C2：圍巖級別，第二水平，Ⅳ級。

B2：隧道頂部覆土層厚度（H），第二水平，15m；

專業合作社的活動應設置為定期和不定期兩種，定期建議一周一次，不定期建議臨時出席，但一年時間段內不建議超過5次，活動可以是會議，也可以是戶外活動如燒烤、比賽等，還可以是參觀學習。總之，盡量做到形式多樣，增加對成員的吸引力。當然，“建設是基礎、應用是關鍵”，要充分發揮合作社的凝聚力，還需要建立完善的管理機制，以自律為主，煙草公司加強指導，共同管理才能做大做強［3］。

通過對各因素對各指標影響的綜合分析（表4、表5），得出較好的試驗方案（即影響最大的試驗方案）。

4 結論

A1：隧道中心線-建筑物軸線的距離（L），第一水平，0m；

Ki為因素A、B、C的第i水平所在的試驗中考查指標之和（i=1、2、3），ki為Ki的平均值，因為Ki是三個指標之和，故ki=Ki/3。

證據留痕 積極應對（李遠強等） ....................................................................................................................7-57

89年生日那天，小雨霏霏，父母偷懶為我取名小雨，我的人生貌似有了詩意。從小被逼著學鋼琴和民族舞，為了考級東奔西走。小學五年級開始發表文字，中學開始寫欄目劇，大學開始寫電影電視劇和編導微電影，得過一些小獎。喧囂過后，常懷念小時候躲在被窩里打手電看小說的日子，終于覺悟，此生最愛還是小說。

（2）在隧道跨度不變的情況下，隧道開挖對地表框架結構內力影響次序由大到小依次是：圍巖級別→隧道中心線-建筑物軸線的距離（L）→隧道頂部覆土層厚度（H），為隧道下穿地表建筑物施工提供參考。

然而，很多人看不到這些.在他們眼里，算術不過一組計算技能而已，沒什么深刻的概念或分析思維.由于這樣一種錯誤觀念，算術被當成了丑小鴨；傳統數學于上世紀六十年代起被發現式數學所取代.

重慶渝中連接隧道全線貫通千廝門大橋與東水門大橋年底將實現連接通車

近日，重慶市重點工程——渝中連接隧道全線貫通，為千廝門大橋與東水門大橋今年底實現連接通車奠定堅實基礎。渝中連接隧道位于渝中區解放碑商圈，南接東水門大橋，北接千廝門大橋，全長720米。該工程安全風險高，地下施工條件極其復雜。為有效解決施工中遇到的圍巖差異風化、軟弱破碎、埋深較淺、綜合防塵等難題，施工單位通過自主探索，形成了三項國內領先的關鍵技術，保障了隧道順利實現貫通。其中，隧道五步開挖法施工技術將隧道全斷面分解為五個施工組成部分，每一個小斷面單獨鉆爆，實現了高效、安全施工；安全控制爆破技術將施工中爆破的振速控制在1.0厘米/秒以下，避免了對周邊建筑產生影響；綜合除塵技術通過斷面噴霧凈化水霧、自移式渦流控塵系統等，總降塵效率近99%。

目前，隨著隧道順利貫通，渝中連接隧道將轉入路面工程、交安工程、隧道機電工程以及配套工程的施工，項目單位將全力爭取該隧道2019年底通車。