盾構(gòu)隧道開挖對地面建筑的影響分析

1、盾構(gòu)隧道開挖對地面建筑的影響分析【摘要】采用國際通用三維有限差分軟件FLAC3D對某城市地鐵工程中盾構(gòu)施工對地面建筑的影響進(jìn)行了有限 元分析 ,定量評價了盾構(gòu)施工對地面建筑豎向沉降和水平位 移影響程度 ,為此區(qū)盾構(gòu)施工的順利推進(jìn)提供了理論參考?！娟P(guān)鍵詞】盾構(gòu)隧道 ;地面建筑 ;豎向沉降 ; 水平位移 ?Analysis of influence to ground construction of shield tunnel excavationYue Qiu-yun, Yin Ji-wei(Anhui Province Coal Geological Bureau the First Expl

2、oration Team Market Information Department Huainan Anhui 232052)【 Abstract 】 The international standard three-dimensional finite difference software FLAC3D of a subway construction project on the ground shield construction of the finite element analysis, quantitative evaluation of the shield tunneli

3、ng construction on the ground settlement and horizontal displacement of the vertical extent of this Shield the smooth progress of the construction area to provide a theoretical reference.Key words】 Shield tunnel; Ground construction; Verticalsettlement; Horizontal displacement ?1. 引言 盾構(gòu)施工將引起一定范圍內(nèi)地層的

4、變形。對于位于影響 范圍內(nèi)的建筑物 ,由于地基土體的變形而導(dǎo)致其外力條件和 支撐狀態(tài)發(fā)生變化 ,而外力條件的變化又將使已有建筑物發(fā) 生沉降、 傾斜、 斷面變形等現(xiàn)象 ,研究盾構(gòu)施工對地面建筑物 的影響 ,可以分析并評價地面建筑物對盾構(gòu)施工的響應(yīng)程度,確保盾構(gòu)施工時順利通過建筑物區(qū)域,因此 ,研究盾構(gòu)施工對地面建筑物的影響具有重要的意義 ,許多學(xué)者對此進(jìn)行了研 究1-4 。2. 工程概況 本地鐵工程位于某大城市市中心 ,沿線有眾多中高層建 筑。地下隧道的開挖必將對地面建筑物產(chǎn)生一定的影響,本文選取沿線一處11層的高層建筑采用有限差分軟件FLAC3D對盾構(gòu)施工對其影響進(jìn)行數(shù)值模擬分析,以期得到此建

5、筑物對盾構(gòu)開挖的響應(yīng)程度。該建筑為 11 層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu) , 每層高為3.3m,總高36.3m,建筑基礎(chǔ)為一樁一柱式，樁基為直 徑 1.5m 的人工挖孔灌注樁。建筑橫向?qū)?20m, 縱向長 60m, 縱橫向均為 5m 布置一根樁。3. 數(shù)值模型建立土層建模：橫向取80m,縱向取120m, 土層厚度取 42m,各 土層厚度按實際情況選取 ,用摩爾庫倫模型進(jìn)行模擬。 模型以 隧道中心為原點 ,水平向右為 X 軸方向 ,沿隧道軸向向內(nèi)為 Y 軸正方向，垂直向上為Z軸正方向，地面處于xy平面。地面建筑建模：(1)樁基礎(chǔ)采用FALAC3D中的結(jié)構(gòu)單元pile 單元進(jìn)行模擬，為簡化計算取樁長均為 1

6、5m?？v橫向均為每 5m 布一根樁 ,總樁數(shù)為 45 根。 (2)承臺采用實體單元模擬 ,厚 度 0.4m, 承臺與周圍土體之間均設(shè)接觸面來模擬承臺與土的 相對錯動。 (3)主體建筑只用實體單元模擬框架結(jié)構(gòu)的梁和柱,每層的荷載折算到各層的主梁上進(jìn)行傳遞。 柱截面為 800mm 800mm, 樓板所承受屋內(nèi)設(shè)施衡載為 6KN/m2, 活載為 2 KN/m2 框架柱、主梁及承臺均用彈性模型模擬。數(shù)值模型見圖 1。4. 結(jié)果分析4.1 建筑物豎向沉降分析。在建筑物的頂層四個頂點上分別布置監(jiān)測點1 、2、3、4,底層四個腳點上分別布置監(jiān)測點1、2、3、4記錄從盾構(gòu)開挖開始到開挖結(jié)束再到完全平衡這一系列

7、過程的頂點豎 向位移曲線 ,以得到其沉降規(guī)律。圖 2 為開挖開始到完全平衡時頂層四個監(jiān)測點的豎向位 移曲線。 (1)對于監(jiān)測點 1 ,當(dāng)開挖面尚未到達(dá)監(jiān)測點 1 、3 斷 面時，該點有一微小沉降，沉降值小于1mm。隨著開挖面的向 前推進(jìn) ,曲線在 A 點出現(xiàn)一拐點 ,說明沉降速度加快 ,而后持續(xù) 沉降 (后期沉降速度減緩 ),最大沉降值為 9mm;(2) 對于監(jiān)測點2,初始時有小的沉降 ,而后出現(xiàn)一短暫的隆起 ,到達(dá) B 點隨后 持續(xù)下降 ,最大沉降值為 10.5mm;(3) 對于監(jiān)測點 3,初始時稍 微隆起,到C點后快速沉降，沉降到C點后呈抬高勢，最后抬高 到初始高程以上1.4mm;對于監(jiān)測

8、點4,初始時平穩(wěn)，在D點 出現(xiàn)快速下降，短時間內(nèi)到達(dá)D點隨后抬高，最后大約回到初 始高程處。4.2 建筑物水平位移分析。圖 3 為頂層和底層監(jiān)測點的水平位移歷程曲線 ,監(jiān)測點 1 和監(jiān)測點 3 的水平位移曲線重合 ,監(jiān)測點 2 和監(jiān)測點 4 的水平 位移曲線重合 ,四個監(jiān)測點的最終水平位移均為 -25mm; 監(jiān)測 點 1和監(jiān)測點 2的最終水平位移均為 -7mm, 監(jiān)測點 3和監(jiān)測 點4的最終位移均為-6mm。最上層和最下層水平位移之間存 在 20mm 左右的差值 , 這是建筑物向隧道方向傾斜所造成的。圖 1 三維整體建模及監(jiān)測點布置圖圖 2 頂層四個監(jiān)測點的豎向位移曲線圖5. 小結(jié)隨著盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn) ,地面建筑將產(chǎn)生一定程度的傾斜 ,總 體上是向隧道方向傾斜。 越靠近隧道 ,傾斜值越大。 這是樁的 不均勻沉降造成的 ,靠近隧道的樁沉降量大 ,遠(yuǎn)離隧道的樁沉 降量小 ,從而出現(xiàn)建筑物的傾斜狀態(tài)。另外,建筑物還會產(chǎn)生向著隧道方向的水平位移。圖 3 各個監(jiān)測點隨開挖步的水平位移曲線 參考文獻(xiàn)1 李 淼 .建筑物對盾構(gòu)隧道施工引起地面沉降模式的 影響J.工程勘察，2009,6:30-33.2 韋嬌芬 ,黃金林 .地鐵隧道盾構(gòu)施工引起的地面沉降 規(guī)律分析J.廣東水利水電，2008,4:23-25.3