盾構隧道穿越既有建筑物影響分析

楊小兵

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安710043）

1 工程概述

蘭州地鐵2 號線郵電大樓—火車站區間長762.017m，下穿盛世芙蓉項目，平面關系圖如圖1 所示。盛世芙蓉項以住宅及辦公為主，住宅區為31 層高層建筑，辦公區（裙樓）為地上6層地下2 層建筑。住宅區基礎形式采用樁筏基礎，筏板厚3.6m，樁基長20～25m；辦公區采用筏板基礎，厚1.2m，筏板基礎底距隧道頂面6.6m。區間隧道拱頂埋深14～24m。

圖1 區間隧道與盛世芙蓉平面關系圖

因盛世芙蓉項目先于地鐵項目建設，前期與開發商技術交流，在保證2 號線技術條件及可實施性的基礎上，對項目提出了軌道交通保護要求：（1）盛世芙蓉項目結構設計過程中，應遵循與軌道交通結構分離的原則，結構底板底面距軌道交通區間隧道頂面宜≥6m；主樓和裙樓遵循結構分離原則；（2）為確保后期實施過程中二者的結構安全，盛世芙蓉項目高層建筑荷載不能直接傳遞到地鐵隧道結構上，高層建筑采用樁筏基礎，樁基結構距地鐵隧道結構最小凈距≥2.0m，樁底標高位于地鐵隧道結構底面下≥5m。

由于建筑物高層基礎采用樁筏基礎，荷載不直接傳遞到盾構隧道上，故本文重點分析盾構隧道施工與裙樓的相互影響。

2 工程地質

本段地層主要為人工填土、黃土狀土、卵石及砂巖。地下水為第四系松散層孔隙潛水，地下水潛水位埋深2.6～4.5m，水位高程1 509.85～1 511.70m。含水層主要為卵石層，潛水含水層厚度約為15m，卵石下的砂巖為相對隔水層，砂巖頂部可能存在局部裂隙水。

3 風險分析及工程控制標準

風險分析：（1）盾構下穿裙樓施工，導致其基底地層沉降變形，影響上部結構安全；（2）裙樓上部荷載對管片結構受力的影響。

控制指標：（1）周邊環境變形控制依據GB 50497—2019《建筑基坑工程監測技術標準》與GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》等確定，其變形控制標準為：基礎整體傾斜≤0.002；（2）依據相關規范要求，地表變沉降控制標準值的范圍為+10～-30mm。

4 基本假定及計算模型

4.1 基本假定

考慮到區間隧道施工對周圍地層的擾動效應，對于盾構法隧道，掘削面對地層的擾動引起的地層應力釋放系數為10%，管片施作后，地層應力釋放系數為90%。為了簡化建模過程與計算，將裙樓按照梁柱結構建立，荷載施加于框架梁上并按照20kPa/層進行計算，計算中考慮地面超載作用，按20kPa 考慮。

地層、隧道采用實體單元，建筑物地下室連續墻采用板單元，梁柱采用梁單元，隧道管片采用板單元，筏板基礎采用實體單元模擬[1,2]，管片寬度為1.2m。隧道開挖前，裙樓已經施工完成，因此，在盾構開挖前將地層位移清零，保留相應的地層應力。

4.2 計算模型

計算采用MIDAS/GTS 軟件，模型尺寸：150m（長）×100m（寬）×50m（高），計算模型的建立嚴格按照實際尺寸進行，采用位移邊界條件，模型以實體單元為主[3]。

5 計算結果分析

5.1 豎向位移等值線圖分析

隨盾構掘進完成，隧道及裙樓的豎向位移等值線圖如圖2和圖3 所示。

圖2 盾構完成隧道豎向位移數值圖

由圖2 和圖3 可知，盾構掘進完成時，上部裙樓最大沉降為-5.03mm，上部裙樓最小沉降為-0.1mm，最大局部傾斜為0.000 1，滿足沉降控制要求。

圖3 盾構完成裙樓豎向位移數值圖

5.2 水平位移等值線圖分析

隨盾構掘進完成后，隧道及裙樓的水平位移等值線圖如圖4 和圖5 所示。

圖4 盾構掘進完成隧道水平位移等值線圖

圖5 盾構掘進完成裙樓水平位移等值線圖

由圖4 和圖5 可知，盾構下穿裙樓施工后，上部裙樓最大向水平位移（垂直于隧道方向）為3.81mm，上部裙樓最大向水平位移（平行于隧道方向）為2.06mm，均滿足要求。從地層位移趨勢上看，區間隧道下穿盛世芙蓉裙樓施工，不會對裙樓造成明顯的負面影響。

5.3 隧道管片內力分析

由模擬計算可知，盾構下穿裙樓施工，裙樓荷載傳遞至管片，管片的最大正彎矩為213.3kN·m，對應軸力為666.7kN；管片的最大負彎矩為210.2kN·m，對應軸力為1 052.8kN。通過內力分析，管片截面配筋為：內、外側φ20mm@167mm（1 885mm2），安全系數最小1.63，裂縫寬度驗算滿足要求，管片結構安全。

6 結論

通過本文的分析，得到以下結論：

1）盾構法下穿建構筑物具有很大的優勢，對周圍環境的影響可控。

2）盾構隧道下穿該裙樓施工，只要嚴格精準控制施工參數、實時反饋，及時調控加上有效的盾構同步注漿等措施，就能控制好建筑物的沉降，從而保證裙樓的安全。

3）被下穿的裙樓，基礎為筏基，且適當加大其厚度，是更加安全可靠的。

4）通過計算配筋可確保管片安全，可以認為裙樓與地鐵隧道的相互影響尚未超出可控范圍，是安全可行的。