地鐵施工對地上建筑物的影響

羅 飛 （山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，山西 太原 030001）

1 引言

現(xiàn)在交通壓力日益增大，好多大中型城市均已或者正在興建地下軌道交通來緩解地面壓力，而地下軌道交通的施工不可避免地會對其上或周邊建筑產(chǎn)生影響，尤其會導(dǎo)致其不均勻沉降，從而產(chǎn)生安全隱患[1]。本文基于某工程實例對該現(xiàn)象進(jìn)行探討。

2 工程概況及地質(zhì)條件簡述

地鐵施工對周邊建筑物的影響最大因素包括建筑物本身的抵抗變形能力及地基土質(zhì)情況，該建筑工程概況及地基土質(zhì)情況分述如下。

2.1 工程概況

2.1.1 住宅樓工程概況

某住宅樓位于太原市，建于1996年，為地下一層、地上九層坡道住宅，設(shè)一坡度1：7坡道及一部雙跑樓梯，建筑物總高度為25.8m，總建筑面積為7085.67m2，每層14戶，9層共計126戶居民。該樓為鋼筋混凝土—磚墻混合結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為墻下條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深2.94m，地基處理采用高壓噴射注漿法，處理深度為10.5m，控制樁徑為600mm。

2.1.2 地鐵工程概況

地鐵區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，管片環(huán)外徑6.2m，厚度0.35m，區(qū)間覆土11.7m～24.3m，軌面埋深16.7m～29.3m。區(qū)間左線起始里程為ZDK22+019.629，終止里程為ZDK23+118.149，區(qū)間YDK22+222～YDK22+253右線區(qū)間施工時，下穿該住宅樓正下方，該樓基礎(chǔ)與區(qū)間右線結(jié)構(gòu)最小豎向凈距為15.56m，距離區(qū)間左線結(jié)構(gòu)外邊線最近距離為5.30m。

相對位置關(guān)系見圖1。

圖1 地鐵YDK22+222～YDK22+253區(qū)間與住宅樓相對位置關(guān)系

2.2 地基土質(zhì)情況

本區(qū)間地貌上屬于汾河?xùn)|岸一級階地，局部為河漫灘，第四系地層發(fā)育，厚度較大[2]。據(jù)太原市地質(zhì)資料，上覆地層厚度大于80m。

2.2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭示，地層分布較為穩(wěn)定，本區(qū)間均為第四系(Q)地層覆蓋。地表多為第四系人工填土(Q4ml)，其下為第四系全新統(tǒng)沖洪積(Q4al+pl)黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、砂(粉)土、圓礫土及上更新統(tǒng)(Q3al+pl)粉質(zhì)黏土、砂(粉)土、圓礫土等組成。持力層為第四系全新統(tǒng)沖洪積(Q4al+pl)粉質(zhì)黏土，褐黃色～褐灰色，以軟塑為主，局部流塑，夾有粉土、粉細(xì)砂透鏡體，偶見角礫，含云母、腐殖物等。具有中等偏高壓縮性。

2.2.2 水文地質(zhì)條件

①地下水類型

本次勘察測得的地下水為第四系松散層孔隙潛水，位于雜填土層，埋深2.30m～7.50m，標(biāo)高約為779.22m～781.45m。

②地下水的動態(tài)特征

根據(jù)《山西省太原市地下水動態(tài)觀測報告》，每年12月至次年1月為枯水期，7月～9月為豐水期，年變幅水位約為1.0m。水流方向為東北到西南方向。

3 地鐵下穿施工前安全性鑒定

2018年7月下旬地鐵施工該區(qū)間前地鐵建設(shè)單位太原市軌道交通發(fā)展有限公司委托某第三方檢測單位對該樓進(jìn)行安全性鑒定。

3.1 結(jié)構(gòu)布置及尺寸復(fù)核

在工程現(xiàn)場采用激光測距儀及鋼卷尺檢查住宅樓宇軸線、層高、門洞尺寸、構(gòu)件尺寸等，經(jīng)核查，結(jié)構(gòu)布置均與原設(shè)計基本相符；混凝土梁柱板主筋數(shù)量及布置與原設(shè)計基本相符。

3.2 現(xiàn)狀缺陷檢查結(jié)果

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)除部分墻體滲水、頂板開裂滲水、個別梁鋼筋銹蝕、個別混凝土澆筑不密實，屋頂女兒墻及房屋墻體抹灰開裂外，未出現(xiàn)明顯影響結(jié)構(gòu)安全和使用的損傷。

3.3 建筑角點的頂點側(cè)向位移量測

現(xiàn)場采用電子經(jīng)緯儀對建筑物角點側(cè)向位移進(jìn)行量測，本次所檢的建筑物角點側(cè)向頂點位移值均未超過《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）規(guī)范[3]允許限值。

3.4 材料強(qiáng)度檢測

經(jīng)現(xiàn)場檢測，個別樓層混凝土柱梁現(xiàn)齡期抗壓強(qiáng)度推定值低于設(shè)計強(qiáng)度等級；磚抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，砂漿強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度要求。

3.5 安全性鑒定評級

根據(jù)現(xiàn)場檢測情況，結(jié)合設(shè)計圖紙，經(jīng)PKPM建模計算，砌體墻與混凝土梁板抗力與荷載效應(yīng)之比均大于1.0，混凝土柱抗力與荷載效應(yīng)之比介于0.95～1.0之間，該樓鑒定單元的安全性鑒定評級為Bsu，表明該樓安全性略低于《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-2015）[4]對 Asu 級的規(guī)定，尚不顯著影響整體的承載，可正常使用。

4 地鐵下穿施工前風(fēng)險評估

安全性鑒定結(jié)果出具后、區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)準(zhǔn)備工作已完成、盾構(gòu)即將進(jìn)洞始發(fā)前，地鐵建設(shè)單位太原軌道交通發(fā)展有限公司于2018年9月委托某勘察設(shè)計院進(jìn)行區(qū)間隧道施工對該樓影響的風(fēng)險評估，評估結(jié)果如下：

采用PLAXIS數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險評估，模型模擬范圍為150m×150m×60m（模型長×寬×地基土計算深度），基本模型包含住宅樓、區(qū)間左線及區(qū)間右線，單元數(shù)約8.8萬分析模型見圖2。

圖2 數(shù)值計算分析模型

預(yù)測分析得到的沉降變形特別是最大沉降接近控制值，為了進(jìn)一步嚴(yán)格控制變形影響，確保安全，建議在區(qū)間施工中針對該建筑物采取進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)加固或預(yù)加固隔離保護(hù)措施。

建議盾構(gòu)穿越建筑物前，選擇具有代表性的區(qū)間段作為試驗段，根據(jù)地表變形監(jiān)測數(shù)據(jù)及相應(yīng)施工參數(shù)，優(yōu)化調(diào)整穿越施工的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制相關(guān)盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)，包括土倉壓力、出土量、同步注漿量等，如合理設(shè)置土壓力，保持開挖面土體穩(wěn)定，防止在盾構(gòu)推進(jìn)過程中的超挖；盾構(gòu)穿越時保證推進(jìn)速度的恒定、穩(wěn)定，并避免過快的推進(jìn)速度增加對土體的擾動；加強(qiáng)盾尾部分的同步注漿量；對盾尾間隙進(jìn)行及時填充，以控制地層變形。同時應(yīng)加強(qiáng)地面監(jiān)測，信息化施工[5]。

5 地鐵下穿區(qū)間施工完成后安全性鑒定

2019年1月中旬該區(qū)間地鐵施工完成1個月左右，太原軌道交通發(fā)展有限公司委托另一家第三方檢測單位，對該樓進(jìn)行安全性鑒定。

5.1 現(xiàn)狀缺陷檢查結(jié)果

地鐵下穿施工完成后，對住宅樓現(xiàn)狀進(jìn)行全面普查，檢查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀主要缺陷為個別住戶地板面層開裂、入戶門變形；室外地面拉裂；地下室頂板及地面存在滲水影響；地上部分個別墻體存在輕微開裂及粉刷層龜裂現(xiàn)象等。上述缺陷對結(jié)構(gòu)的承載能力并無影響，但一定程度上影響了房屋使用功能。

5.2 建筑角點的頂點側(cè)向位移量測

經(jīng)現(xiàn)場量測，該住宅樓整體呈向西、北方向整體傾斜趨勢，且所測3個建筑角點頂點側(cè)向位移值分別為0.30%、0.49%、0.42%，其中2個角點超出國家相關(guān)規(guī)范限值要求（0.3%），剩余1個角點傾斜量也已達(dá)到國家相關(guān)規(guī)范[3]限值。

5.3 沉降觀測

該住宅樓從2018年9月26日開始進(jìn)行沉降觀測，根據(jù)現(xiàn)場實際情況布置8個測點，觀測過程中發(fā)現(xiàn)6號點無法進(jìn)行觀測，7號點初期受現(xiàn)場限制無法進(jìn)行觀測，觀測點位布設(shè)見圖3。

圖3 沉降觀測點位布設(shè)示意圖

沉降觀測從2018年9月26日開始，至2019年1月20日止，共觀測了68次，經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，該樓存在明顯的不均勻沉降現(xiàn)象，各觀測點在2018年9月26日～2019年1月20日期間累計沉降量介－16.88mm～－74.48mm之間。沉降速率在2018年12月10日～12月16日達(dá)到最大，后呈逐漸收斂趨勢，最近107天日均沉降速率介于－0.179～－0.694mm/d之間，依據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ8-2016）[6]第 5.5.5條之規(guī)定，當(dāng)最后100天的沉降速率小于0.01mm/d～0.04mm/d時可認(rèn)為已進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，因此，該樓在觀測周期內(nèi)沉降尚未穩(wěn)定。

5.4 安全性鑒定評級

該住宅樓安全性等級為Csu級，根據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-2015）[4]有關(guān)規(guī)定，其安全性不符合本標(biāo)準(zhǔn)對Asu級的要求，顯著影響整體承載，應(yīng)采取措施。

5.5 抗震性能分析

該住宅樓在抗震性能方面存在較多的缺陷和不足，包括：結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料強(qiáng)度偏低、結(jié)構(gòu)體系抗震不利、抗震承載力不足及混凝土柱軸壓比超限等。

5.6 適修性鑒定評級

該住宅樓整體適修性等級為Dr級。根據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-2015）[4]3.3.4 條之規(guī)定，該樓修后功能極差，或糾傾等加固所需總費用接近甚至超過新建造價，適修性很差。

6 結(jié)論與建議

①由于地鐵施工，地上建筑物傾斜由未超規(guī)范允許值增大到不適于繼續(xù)承載。

②建筑物的安全性等級由Bsu級（基本滿足《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50292-2015）要求、尚不顯著影響整體的承載、可正常使用）發(fā)展成Csu級(安全性不符合《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50292-2015） 對 Asu級的要求，顯著影響整體承載)。

③綜合該樓安全性鑒定評級、抗震性能分析及適修性評估結(jié)果，建議對該樓整體搬遷拆除或進(jìn)行整體加固；2019年3月該樓住戶搬遷完成后，該樓進(jìn)行了拆除。