摘要：众所周知，地铁施工时，能够对邻近既有建筑物带来很大的影响，产生异变。笔者通过分析影响因素，认为由于地铁施工通常情况下的深埋处理均相对较浅。隧道上方的覆岩围岩应力必然因受力而重新分布，这样，容易导致覆岩围岩出现裂变及地面下沉状况，使得邻近的建筑物发生不均匀下沉现象，最终使其受损，不仅给人们的生命安全带来威胁，而且也会导致建筑物的使用寿命大大的被降低。基于此，本文就地铁施工对邻近既有建筑物的影响进行简要阐述。仅供业内同行参考。
关键词：地铁施工；建筑物；影响；
一、工程概况
某地铁施工临近建筑物建于 20 世纪 90 年代，为混凝土框架结构，基础形式为箱型基础，基底埋深 4.2 m，地下 1 层，地上 12 层。建筑长约24.5 m，宽约15.5 m，总高度约为40 m，总建筑面积约为4000 m2。设计使用年限为 50 年，抗震设防烈度为 8 度。新建地铁结构位于卵石层、强风化泥岩层和中风化泥岩层。水位埋深8.7 m ～14.2 m，含水层厚度0.1 m ～8.7 m，施工过程中采用降水井与集中明排的方式，将水位控制在结构最低点以下 1 m。拟建地铁与既有建筑物相对位置关系较近，地铁主体结构与既有建筑物最小水平距离为 15.2 m，竖向距离约为 3.6 m，2 号出入口与既有建筑物的最小水平距离为 14.3 m，相对位置关系平面图如图1所示
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图1 相对位置关系平面图
二、地铁施工对邻近既有建筑物影响性分析
1.模型建立
根据圣维南原理及地铁车站和周围建筑结构设计图，考虑建筑物边缘外30 m 区域，采用 Midas GTS NX 软件建立三维地层—结构模型( 如图 2，图 3 所示) ，计算地铁施工对邻近既有建筑物的影响。
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图2 三维地层—结构模型
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图3 几何模型
三维模型尺寸取为 350 m×170 m×80m。其中土体采用三维实体单元，拟建车站主体、出入口二衬以及既有建筑物墙板结构采用二维板单元。计算中不同的材料采用不同的本构模型，将模型中的地层视为弹塑性体，采用修正摩尔—库仑模型( Modified Mohr-Coulomb Model) ，结构单元均采用各向同性弹性模型( Elastic Isotropic Model) 。模型采用固定位移边界，上边界为自由表面，周边四个面约束其法向位移，下边界限制竖向位移，地面超载按 20 kPa 考虑。
三、地铁施工对既有建筑物影响性分析
在地铁施工过程中，既有建筑物的变形首先是由于建筑物地基不均匀沉降造成的，而引起既有建筑地基不均匀沉降的原因可归纳为两点: 一是地铁降水施工中地下水位的降低引起土的重度改变，土体自重应力增加，最终造成地铁周边建筑物沉降;二是地铁结构施工过程中，对周围地层产生扰动，土体初始的应力平衡被打破，导致地铁邻近建筑物的变形。
表 1主要施工步序
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受篇幅限制，本节只提取最后一个步序的竖向位移云图，见图4。
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图4 出入口施工完成后竖向位移云图
从云图中可以看出: 地铁施工过程中，既有建筑物的沉降表现为沿南北方向逐渐减小的趋势; 并且既有结构的沉降量和差异沉降均逐渐增大，在主体结构施工完成后变形量最大，其中，当降水施工完成后，既有建筑物的沉降量约为 0.05 mm ～ 0.24 mm，差异沉降约为 0.19 mm，最大沉降为 0.24 mm 且最大沉降发生在南侧底板处; 在竖井及横通道施工完成后，既有建筑物的沉降量约为 0.21 mm ～ 0.46 mm，差异沉降约为 0.25 mm，最大沉降为0.46 mm 且最大沉降发生在南侧底板处;在车站主体施工完 成后，既有建筑物的沉降量约为 0.60 mm ～ 3.00 mm，差异沉降约为2.40 mm，最大沉降为 3.00 mm 且最大沉降发生在南侧底板处; 在出入口施工完成后，既有建筑物的沉降量约为0.83 mm ～3.90 mm，差异沉降约为 3.07 mm，最大沉降为 3.90 mm 且最大沉降发生在南侧底板处。
在地铁施工完成后，一方面引起周围地表产生沉降，一方面使周围既有建筑物产生变形，变形趋势随着与地铁的距离增加而逐渐减小; 根据地铁施工对既有结构的数值计算，地铁结构外边线 50 m 范围内地表沉降趋势明显。
四、安全裕度法计算结构变形控制值
安全裕度法是从力学角度出发，在既有结构工前状态的基础上，以既有建筑物的差异沉降为控制指标，综合考虑按照实际施工步序得到的差异沉降值和差异沉降限值，最终得到既有建筑物的变形控制值的方法。
1.安全裕度法计算说明
通过安全裕度法计算结构的变形控制值时应按照三种工况进行分析。
工况一为工前建筑结构安全裕度计算，即分析地铁未开挖前，按照的常规荷载考虑恒荷载、活荷载、风荷载及雪荷载进行计算，得到当前情况下结构的内力状况S0，并与设计承载力 Ｒ 进行对比，得出当前工况下的结构安全裕度。
工况二在考虑工况一的前提下，根据地铁施工影响性分析数值计算结果确定地铁施工对建筑物的影响范围，将计算所得整体差异沉降作为外荷载施加到影响范围内的结构柱基础，获取相关的梁、柱的内力 S1，查看其是否超出结构的安全裕度。
工况三在考虑工况二的前提下，将地铁施工影响性分析数值计算所得差异沉降作为外荷载等比例增加，施加到既有结构上，获取相关的梁、柱的内力，得到当前情况下结构的内力状况 S2，并与设计承载力 Ｒ 进行对比，直至 Ｒ = S2时，则认为已达到相邻柱基础差异沉降限值。
2.变形控制值的确定
由于既有建筑物为框架结构，所以分别从框架梁和框架柱两方面进行分析，当差异沉降为 3 mm 时，框架梁的弯矩、剪力小于设计承载力，但安全富裕度有所减少，最大弯矩验算比为 86%，最大剪力验算比为 13%; 框架柱计算承载力均小于设计承载力，具有一定安全裕度，最大弯矩验算比为 69% ，最大轴力验算比为36%，最大剪力验算比为3%。当差异沉降达到 5.8 mm 时，框架梁的弯矩已接近或超过设计承载力，无安全裕度，剪力小于设计承载力，但安全富裕度有所减少，最大弯矩验算比为 99% ，最大剪力验算比为 13%; 框架柱计算承载力均小于设计承载力，具有一定安全富裕度，最大弯矩验算比为 71%，最大轴力验算比为36%，最大剪力验算比为 3%。则达到差异沉降极限值 5.8 mm 时，起控制作用的是框架梁的弯矩，柱的弯矩和剪力仍有一定的安全裕度。
综合考虑按照实际施工步序得到的差异沉降值和差异沉降限值，将单个基础沉降总量控制值确定为 4.5 mm，相邻横墙基础差异沉降控制值确定为 4.0 mm。
五、相关控制措施
首先，建议施工期间加强对建筑进行监测及巡视，如发现结构出现差异沉降引起的裂缝或整体倾斜应及时上报，工后进行及时修复。
其次，根据地铁施工对既有结构的影响性分析并结合类似工程的工程经验，建议结构外边线 50 m 范围作该风险源的保护范围，在地铁施工过程中，建议对该保护范围加强监测。由于既有结构距离新建车站及 2 号出入口距离较近，所以，施工过程中，建议对培训中心结构外边线 15 m 范围内重点监测。
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论文作者:吴阳阳,郑松创
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/2
标签：建筑物论文; 地铁论文; 结构论文; 差异论文; 弯矩论文; 承载力论文; 约为论文; 《基层建设》2019年第27期论文;