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地铁盾构二次穿越同一幢建筑物变形分析
发布日期:2017-10-30 22:07
地铁盾构二次穿越同一幢建筑物变形分析
 
[摘  要] 通过有限元数值模拟与实际监测数据的对比研究,结合两条盾构推进参数及注浆参数的不同比较,对某地铁两条盾构先后穿越同一栋建筑物的沉降变形控制做出了初步分析,为地铁盾构在同类地层穿越建筑物期间控制变形提供参考。
[关键词] 盾构; 沉降控制; 监测
 
      随着城市建设的发展,地铁建设工程大量涌现,盾构法施工在软土地层中是地铁建设的重要方法。地铁建设盾构施工不可避免的会穿越大量的建筑物,控制建筑物的变形对保障人民生命财产的安全具有极其重要的意义。本文通过分析两条盾构穿越同一幢建筑物的案例,可为同类盾构施工工程提供参考。
 
1 工程概况
1. 1 工程简述
      本工程 5、6 号盾构从地铁车站出洞后立即从教练大队办公楼( 简称办公楼) 下穿过,办公楼与盾构位置关系见图 1。该办公楼为六层砖结构,基础为薄壁Φ500mm 预应力管桩,桩长 8. 5m,桩底标高为 - 3. 5( 黄海高程) 。5、6 号盾构顶标高为 - 5. 385,距离桩基底部约 1. 9m,隧道中心距离约 14. 5m,盾构穿越土层为④3层淤泥质粉质粘土夹淤泥质粘土。
 

1. 2 地质条件
      施工场地浅部深度 20m 内为冲海相砂质粉土夹粉砂,中部埋深 20 ~ 40m 厚约 10. 0 ~ 20. 0m 的高压缩性流塑状淤泥质粉质粘土层和埋深约 40 ~ 45m厚约 1. 0 ~ 6. 0m 粉质粘土、含砂粉质粘土层,下部为性质较好的圆砾层,厚度大于 3m。
      场地等级为二级( 中等复杂场地) 。各土层物理力学性能指标如表 1 所示。

2 盾构穿越办公楼时的桩基变形计算
2. 1 计算软件及计算模型
      本工程 5、6 号盾构机从车站一出洞就立即要穿越该办公楼桩基,考虑到此时盾构刚出洞,盾构各项施工参数还没有调整至最好且盾构姿态也不是很好,此外办公楼桩基距离盾构顶部仅 1. 9m,5、6 号盾构相继从桩基下穿越造成土体二次扰动,会加大对办公楼变形影响。为更好指导盾构推进施工,确保盾构穿越不会对地面造成较大变形,采用大地有限元 PLAXIS 对盾构穿越施工造成的影响进行模拟计算( 模拟土体损失率 0. 5% ) ,以便更好控制掘进施工过程中变化以及提前制定相应保护措施。
      采用 PLAXIS 大地有限元进行变形计算,计算步骤如下: ① 5 号盾构从办公楼桩基下穿越时的变形计算; ②6 号盾构从办公楼桩基下穿越时的变形计算。计算模型如图 2 所示。

2. 2 地面变形计算结果与分析
      5、6 号盾构穿越办公楼桩基累计变形结果见图3; 5、6 号盾构穿越办公楼桩基沉降结果见图 4。

      根据计算结果,由于办公楼本身有桩基基础,本工程 5、6 号盾构穿越办公楼时桩基累计地面沉降为27mm,同时盾构基本是从办公楼正下方穿越,盾构掘进不会使地面产生较大差异沉降。考虑到基础形式及现场情况,盾构掘进前不需要对桩基进行预先加固,只需在盾构推进施工过程中控制好各项施工参数及同步注浆质量。
3 施工与监测
3. 1 施工参数的确定
      在设定盾构掘进正面土压力时还需考虑上部建筑物荷载影响,根据建筑物层数及结构形式,盾构掘进正面土压力应增加 0. 02MPa 左右,即区间 5、6 号盾构穿越办公楼正面土压力设定值为 0. 24MPa。
      盾构下穿建筑物时须保持均匀慢速推进,以最小程度扰动土体,更好地控制土体损失量。根据盾构断面内土质情况及盾构机性能,确定盾构穿越办公楼时的推进参数见表 2。盾构掘进速度控制在2cm / min 左右。

3. 2 监测成果分析
      为监测盾构施工过程对建筑物的影响,在办公楼关键位置布置了 ZF1 ~ ZF6 共六个监测点,具体位置见图 5。

      5 号盾构于 6 月 20 日开始下穿办公楼,于 7 月7 日盾尾拖离办公楼。图 6 为 5 号盾构穿过办公楼时监测点沉降曲线图,可以看出,该栋建筑最大沉降量为 ZF1 号测点的 - 16. 5mm。6 号盾构于 11 月 7日开始下穿办公楼,于 11 月 13 日穿出,图 7 为 6 号盾构穿过办公楼时监测点沉降曲线图。可以看出,在此期间 ZF5 号测点变化量最大,6 号盾构穿越期间变化量为 - 4. 9mm。
      受两条盾构对建筑物的累加影响,该栋建筑物最大累计沉降量出现在 ZF1 号测点,最大累计沉降量为 - 25. 9mm。

      同时,由图 6 及图 7 可以看出,5 号盾构穿越建筑物时,对建筑物的影响较大,其原因为盾构首次穿越建筑物,盾构推进参数及注浆参数为理论计算值,与实际情况存在差异,而 6 号盾构穿越时,部分参数进行了微调( 见表 2) ,使其更加符合实际,故而 6 号盾构穿越建筑物时沉降控制比较理想。
 
4 结论及建议
      通过对 5 号、6 号盾构穿越教练大队办公楼的分析,可以得出以下结论:
      ( 1) 通过数值模拟计算与实际监测数据的对比分析可知,数值模拟结果与实际监测数据结果基本吻合,可以为预测建筑物沉降提供依据,但是实际盾构推进参数的控制很重要,应根据实际情况及时调整;
      ( 2) 虽然办公楼桩基距离盾构顶部仅 1. 9m,5、6 号盾构相继从桩基下穿越造成土体二次扰动,但是只要控制好推进参数并且及时进行同步注浆,保持足够的注浆量,建筑物的沉降还是可以控制的比较理想的;
      ( 3) 建筑物沉降量主要集中在 5 号盾构穿越期间,6 号盾构穿越期间的沉降量约为 5 号盾构的50% 左右,所以盾构穿越期间第一次扰动对建筑物的影响较大,是控制建筑物沉降值的重要时段。
 
[参考文献]
[1] 夏明耀,曾进伦. 地下工程设计施工手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,1999.
[2] 刘建航,侯学渊. 基坑工程手册[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,1997.
[3] GB50009-2001,建筑结构荷载规范[S].
[4] 徐安军,王建华,丁勇春. 上海地铁明珠线二期西藏南路站基坑施工技术[J]. 岩土工程学报,2006,28( S1) : 1707-1711.
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