大断面暗挖区间侧穿对既有建筑物的影响

孙彤

（中铁第五勘察设计研究院集团有限公司，北京 102600）

随着城市交通拥堵、交通安全和环境污染问题日益凸显，轨道交通出行方式得到认可，而轨道交通工程多以地下工程为主且通常建设在城市拥挤地段,建设过程中不可避免要穿越各种既有地面及地下工程结构，尤其以穿越地面密集建筑物群的情况最为普遍；因此，施工控制重点和难点之一就是采取有效保护措施，尽可能降低对建筑物的破坏程度[1～5]。

长春市轨道交通6号线岱山公园站—飞跃广场站区间周边以长春一汽汽车厂老旧小区为主，区间隧道、基坑侧穿既有汽车厂三十三街区612#、613#居民楼，本文采用数值分析方法进行施工过程的三维动态模拟并结合现场测量数据，分析采取的保护措施是否达到预期的效果，保证隧道及影响区域内建筑物的安全。

1 工程及地质情况

1.1 工程概况

长春市轨道交通6号线工程岱山公园站—飞跃广场站区间总长度为1 049.535 m，纵向为单向坡，最大坡度为23.3‰，最小坡度5‰，隧道埋深结构顶板覆土约为5.3～10 m。区间两侧建筑主要为一汽汽车厂居民楼、岱山公园等。其中，左线联络线距道路东侧汽车厂三十三街区612#、613#居民楼4.5 m，采用暗挖法和盾构法施工；区间停车线、6号线和7号线联络线、单渡线采用矿山法施工；邻近DN2 000 mm污水管、2 500 mm×5 000 mm雨水箱涵处采用盾构法施工。见图1。

图1 区间平面

1.2 地质水文情况

区间属于水文地质Ⅰ单元，勘察观测到一层地下水，潜水（二）。含水层为粉质黏土、风化岩；稳定水埋深3.30～5.20 m，标高204.17～215.4 m。

潜水（二）主要接受大气降水入渗补给，以蒸发、向下越流方式排泄。地下水流向地形总体坡度一致，具有明显的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，枯水期水位下降，地下水位变幅一般在2.0 m/a左右。

2 区间周边情况

区间左线停车线大断面隧道、基坑开挖边线与既有613#居民楼及楼前裙楼最近水平距离分别为4.15、12.41 m。

区间隧道联络线断面覆土较浅，拱部打设大管棚+小导管，加强超前支护。初支施工过程中及时进行初支背后注浆，多导洞开挖时应多次补注浆，严格控制注浆压力和注浆量，保证注浆效果，必要时进行多次补浆。区间联络线大断面与房屋邻近处设置φ1 000 mm@1 600 mm的钻孔隔离桩并对桩间进行旋喷，隔离桩外侧采用φ600 mm@400 mm三重旋喷桩。

3 数值分析

采用三维有限元计算软件ABAQUS，根据设计图纸、施工方案、施工工序，对施工影响范围内的土层及建（构）筑物建模，计算施工全过程中土层、地面变形动态过程，得到地面最终的变形值。见图2。

图2 区间三维模型

计算结果显示：随着基坑降水、隧道和基坑开挖，612#居民楼及楼前裙楼结构周边地表位置沉降呈现先增大后逐渐平稳趋势，综合考虑降水和开挖的影响，最大沉降和最大差异沉降率均在楼前裙楼位置，沉降最大值约为16.37 mm，最大差异值约为16.06 mm，最大差异沉降率约为0.97‰；居民楼沉降最大值约为9.81 mm，最大差异沉降率约为0.72‰。建筑物结构东西方向最大水平位移约为13.79 mm，南北方向最大水平位移约为4.42 mm。东西方向最大水平位移在楼前裙楼位置，居民楼东西方向最大水平位移约为8.40 mm。见图3。

图3 612#楼沉降变形

613#居民楼及楼前裙楼结构最大沉降和最大差异沉降率均在楼前裙楼位置，沉降最大值约为15.23 mm，最大差异值约为15.23 mm，最大差异沉降率约为1.47‰；居民楼沉降最大值约为5.63 mm，最大差异沉降率约为0.35‰。建筑物结构东西方向最大水平位移约为16.25 mm，南北方向最大水平位移约为5.17 mm。东西方向最大水平位移在楼前裙楼位置，居民楼东西方向最大水平位移约为7.35 mm。

根据最不利原则，参考数值模拟计算结果、国内类似工程经验，对612#、613#居民楼及楼前裙楼结构推荐控制指标值见表1。

表1 建筑物结构变形控制指标

建立模型计算及分析必须采取一定的假设和简化且软件模拟无法考虑评估阶段前其他施工产生的附加影响，计算结果虽可以反映区间隧道、基坑结构施工期间612#、613#居民楼及楼前裙楼结构实际变形趋势，但由于实际建筑物结构、周边环境及条件的复杂性和不确定性，使得所建模型与工程实际难以做到完全吻合；因此在施工过程中，一些关键要点的控制和加固施工将会直接影响到居民楼及楼前裙楼结构的安全。

4 监测及控制效果

开挖前布置楼体监测点及地表沉降横向监测断面，在施工过程中每天进行2次监测，在工程开始直至工程完毕后监测数据趋于稳定为止。

地表沉降最大值为130.07 mm，隧道内拱顶变形沉降最大值为7.32 mm，建筑物裙楼沉降最大值为28.37 mm，主楼沉降最大值为6.05 mm。说明在楼房与区间设置的隔离桩对控制沉降变形作用较大。

联络线、停车线暗挖区间二衬施工完成后，居民楼墙体及内部结构未出现裂缝等异常情况。左线联络线大断面侧穿居民楼过程中，变形基本稳定，风险管控效果较好。

5 结语

暗挖大断面施工是高风险项目，尤其近距离旁穿既有建筑物施工风险极大，通过采用隔离桩、旋喷桩，能够有效地减少变形，保障周边建筑物及周边环境的稳定性。数值模拟分析与实际数值有差异，但相差不大，证明分析结果具有一定的参考性，建议在类似侧穿邻近重要建筑物的地铁工程中，通过数值模拟分析后，采用经济合理有效的设计进行保护，减小建筑物变形及对既有建构筑物产生的影响。