地铁施工引起临近建筑损坏风险评估
0 引言
地铁施工时, 临近施工隧道的地面建筑物不可避免地会因施工而受到影响, 产生异变。分析异变成因, 乃因地铁隧道通常情况下的深埋处理均相对较浅
长期以来, 施工过程中始终面对扰民困惑。在不影响施工进度及有效防范施工风险的前提下, 如何有效杜绝扰民, 或降低扰民程度, 是地铁隧道在施工中不可回避的难题, 也是亟待化解的头号难题
1 工程概况
中医药大学省人民医院站的平面布置如图1所示。
根据中医药大学省人民医院站地质详勘报告, 该通道位于 (2) 9-4密实砂卵石层中, 该地层地质特性为:卵石含量>70%, 卵石粒径2~20cm, 含漂石, 磨圆度较好、分选性差, 圆砾、中砂充填。据颗粒分析试验:粒径>20mm的颗粒含量为70.8%~82.5%, 粒径为2~20mm的含量为3.6%~8.7%。隧道周边局部地段分布有中砂透镜体, 中砂透镜体对区间隧道围岩稳定性影响较大。总体围岩地质条件差, 围岩稳定性差, 围岩综合分级为VI。

图1 中医药大学省人民医院站总平面布置
Fig.1 General plan layout of Provincial People’s Hospital Station of University of Traditional Chinese Medicine
渗透系数取值k=22.0m/d, 自然水位为地下5~6m, 该暗挖通道水头高度21m。地下水对区间隧道围岩稳定性影响较大。
本站位于一环路与清江东路交叉路口, 周边建筑物林立, 主要建筑物如表1所示。
表1 中医药大学省人民医院站周边建筑
Table 1 Surrounding buildings of Provincial People’s Hospital Station of University of Traditional Chinese Medicine

2 周边建筑及既有线沉降
为了尽量满足暗挖实施条件, 需尽可能降低地下水, 但降水必然带来地面及周边建筑物的不均匀沉降, 受降水影响的建筑物主要有西南站厅温哥华广场、2/4号线车站结构。通过理论计算得出降水对既有建筑物影响计算如下。
地面沉降计算如下。
根据JGJ 111—2016《建筑与市政工程地下水控制技术规范》, 降水井引起的既有建筑基础沉降可根据下式计算:

式中:s为降水引起的既有建筑物基础或地面的固结沉降量 (m) ;ψw为沉降计算经验系数, 应根据地区工程经验取值, 无经验时, 可取ψw=1;Δσ'zi为降水引起的地面下第i层土中点处的有效应力增量 (kPa) , 考虑黏性土, 取降水结束时土的固结度有效应力增量;Δhi为第i层土的厚度 (m) ;Esi为第i层土的压缩模量 (MPa) , 取土的自重应力与有效应力增量之和的压力段的压缩模量值。
沉降量如表2所示。
经计算, 降水引起的既有建筑物沉降量为51.26mm。
本站在2009年修建2/4号线时降水工程及深基坑开挖工程已对周边建筑物造成扰动, 其中高层建筑温哥华广场经现状测量已向地铁车站方向发生倾斜, 倾斜度0.13cm/m;再次降水将引起温哥华广场二次不均匀沉降和倾斜, 倾斜程度不好控制, 难以估计。
在降水和开挖过程中, 必然会对2/4号线既有车站沉降造成影响。经验算, 矿山法施工期间2/4号线车站轨道理论沉降值为2.7mm, 施工期间由于降水及其他问题造成施工影响, 会造成轨道沉降加剧, 进而影响2/4号线正常运营。
3 对数曲线法函数模型
实际情况表明, 通过将分层总和法作为理论基础所得到的沉降量通常与现场测量的沉降有较大出入
曲线拟合法是一种通过实测沉降数据拟合成曲线的方法, 包括双曲线法、指数曲线法、对数曲线法等
对数曲线法预测模型中的曲线与对数函数的曲线形状相似, 呈现为一条单调递增曲线, 并且前期增长速度较快、后期增长速度减慢, 这种函数的增减趋势刚好符合地基沉降量这种随着时间不断增加, 但增长速度在不断减小直到不再增加的预测对象
对数曲线法的预测公式如下:

式中:t为监测天数 (d) ;a, b为待定系数;St为对应监测天数t的沉降量 (mm) 。
求得对数模型中的参数a, b是使用对数曲线模型来预测地面沉降的第1步, 将监测天数t的对数值 (lnt) 设置为一个变量T, 则对数曲线模型便可转换成一个线性相关的一元一次直线模型

按式 (4) 结合本项目在2017年9月到2018年10月的实际监测数据, 可拟合求出待定系数a为-144.2, b为182.62, 则实际预测公式为:

在所有地面预设置的监测点中, DM9的沉降量也最大, 也是实际软土最厚点, 使得监测数据与实际情况相吻合。所以DM9是试验段最关注的监测点
由图2可看出, 对数曲线预测曲线图与实测曲线图总体的拟合度为0.992 8, 这说明对数曲线法预测地面沉降量可行性较高

图2 监测点DM9对数曲线法沉降拟合曲线
Fig.2 Settlement fitting curves of monitoring point DM9 with logarithmic curve method
4 暗挖车站周边敏感建筑安全控制措施
隧道施工前, 首先应确定建筑物损坏等级, 并根据不同的损坏等级采取相应的风险减缓或规避措施
由于隧道采用矿山法施工, 除了严格遵循浅埋暗挖法施工的一般技术原则外, 还应注意以下事项。
1) 减小隧道结构初期支护格栅钢架的纵向间距, 必要时采取密排格栅、双排小导管、加设临时仰拱等措施。
2) 施工中应尽量通过控制施工工艺、较小一次性开挖断面、缩短循环进尺、及时封闭初支等手段减小隧道开挖对地层的扰动。
3) 在隧道开挖中, 可适当增加横向支撑, 从而起到限制隧道围岩的收敛作用。
4) 加强洞内位移及地表建筑物沉降的监控量测, 发现异常数据及时反馈并采取有效措施控制异常情况继续发展。
5 结语
本文通过对隧道施工周边建筑及既有线的沉降量计算分析, 对隧道施工的周边建筑安全进行评估并提出对隧道施工的周边建筑风险控制措施。
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