盾构侧穿不同形式基础建筑物的沉降影响研究_黄昌富

到了空前的发展。在京津冀一体化的大背景下，联 系城市群的城际铁路已经成为城市发展的重要一 环。而京津城际铁路延伸线将成为天津市塘沽滨 海新区通往天津、北京的轨道交通大动脉。
因此，在城市地下开挖隧道时不可避免地会对 土层产生扰动，引起的土体变形和位移可能影响到 既有地面建筑的安全。Sigl 等［1］结合新加坡盾构穿
2017 No． 1
黄昌富等： 盾构侧穿不同形式基础建筑物的沉降影响研究
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越寺庙工程对穿越过程中的相关建筑沉降进行监 测。Finno 等［2］提出一种将建筑物的楼板和承重墙 分别 考 虑 的 复 合 梁 法 对 地 表 建 筑 物 进 行 分 析。 Mroueh 等［3］建立完全三维模型，通过对比有无地面 建筑开挖隧道土体力学行为分析采用扩大基础的 结构对隧道施工引起的地面沉降的影响。计算结 果显示，结构的存在对盾构隧道附近及结构基础附 近的塑性区发展以及地面沉降曲线有明显的影响。 廖少明等［4］对盾构分别穿越运营地铁隧道、危旧敏 感建筑物、浅 基 础 建 筑 群 和 桩 基 础 时 的 盾 构 选 型、 微扰动控制参数以及相关应力与变形规律等进行 了分析。葛 世 平 等［5］ 对 既 有 建 筑 下 盾 构 穿 越 施 工 引起的 地 表 沉 降 规 律 进 行 了 三 维 数 值 模 拟 研 究。 贺美德等［6］ 采 用 有 限 元 计 算 和 现 场 监 测 相 结 合 的 方法对新建盾构隧道施工引起的临近高层建筑物 的沉降倾 斜 进 行 了 研 究。 张 登 雨 等［7］ 采 用 现 场 实 测和数值计算相结合的方法对盾构侧穿古建筑地 表长期沉降进行预测和分析。已有相关研究多针 对盾构施工引起的地面沉降、建筑物的变形以及盾 构施工对建筑物的数值模拟计算，而对不同形式基 础的建筑物沉降及加固前后对比分析研究较少。
74 DOI： 10. 7672 / sgjs2017010074
施工技术 CONSTＲUCTION TECHNOLOGY
2017 年 1 月上 第 46 卷 第 1 期
盾构侧穿不同形式基础建筑物的沉降影响研究
黄昌富1，2 ，田书广1 ，王艳辉3 ，周明祥2
（ 1． 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083； 2． 中铁十六局集团有限公司，北京 100018； 3． 北京交通大学交通运输学院，北京 100044）
3． School of Traffic and Transportation，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China）
Abstract： In the background of Beijing-Tianjin inter-city extension line which from Tianjin to Yujiapu， adopts the method of combining numerical simulation and monitoring，studies the ground settlement and buildings differential settlement caused by new shield tunnel crossing adjacent different forms of foundation，analyzes the settlement variation of three stages which before shield reach the building， through the building and leave the building， then simulates the ground settlement and buildings differential settlement change before and after the reinforcement，the results show that the building settlement near the tunnel is obvious，the settlement that the shield crossing the building is the greatest， and the total settlement and buildings differential settlement that the shield side-crossing shallow foundation building is greater than side-crossing the deep foundation building，and grouting can greatly reduce the ground settlement and differential settlement． From the numerical simulation results and the monitoring after grouting，the law is consistent，that validates the rationality of FLAC3D predicting building settlement caused by shield construction． Key words： tunnels； shields； settlement； simulation； monitoring
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［关键词］ 隧道工程； 盾构； 沉降； 数值模拟； 监测
［中图分类号］ TU94 + 1
［文献标识码］ A
［文章编号］1002-8498（ 2017） 01-0074-06
Ｒesearch on the Subsidence Caused by Shield Tunnel Side-crossing Different Forms of Foundation Buildings
of Electrical Mall
－ 37. 61mm，D5 点 为 － 36. 72mm， D6 点 为 － 35. 09mm。当盾构到达 D1 观测面时，D1 点沉降为 － 18. 1mm，占最大沉降的 44. 64% 。当盾构分别抵达 D2，D3，D4，D5，D6 时，D2 ～ D6 点的沉降分别占各点 最 大 沉 降 的 47. 89% ，43. 04% ，49. 46% ，54. 23% ， 57. 28% 。此时已经超过了沉降控制值（ 30mm） 的要 求，应采取控制措施。电器城右侧点 G1 ～ G6 的沉降 小于 D1 ～ D6 的沉降，但沉降规律近似于 D1 ～ D6。 同时，选取 D1，D6，G1，G6 4 个点进行建筑物差异沉 降的研究，如图 6，7 所示。
近隧道一侧沉降明显，产生沉降最大的阶段为盾构通过建筑物阶段，且无论在累积沉降还是在差异沉降方面浅基
础建筑受到的影响要大于深基础建筑，同时加固方案能大大减小地面沉降及差异沉降。从加固后的数值模拟计算 结果与现场监测情况来看，两者所反映的规律是一致的，验证了 FLAC3D 模拟盾构施工对沿线建筑物沉降影响是可
Huang Changfu1，2 ，Tian Shuguang1 ，Wang Yanhui3 ，Zhou Mingxiang2
（ 1． School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China； 2． China Ｒailway 16th Bureau Group Co． ，Ltd． ，Beijing 100018，China；
0 引言 近年来，伴随着我国城市现代化的飞速发展和
城市规模不断扩张，城市轨道交通已逐渐成为人们 出行的首选。无论是地铁、轻轨还是城际铁路都得
［作者简介］ 黄昌富，博 士，教 授 级 高 级 工 程 师，E-mail： Hchf @ sohu． com ［收稿日期］2015-09-13； ［修订日期］2016-03-21
［摘要］ 以京津城际延伸线天津—于家堡盾构隧道为背景，采用数值模拟和现场监测相结合的方法，对新建盾构隧
道侧穿邻近不同形式基础的建筑物产生的地面沉降、建筑物差异沉降进行深入研究，分析盾构到达建筑物之前、侧
穿过程及离开后 3 个阶段沉降变化规律，分别模拟了加固前后地面沉降及差异沉降变化情况，结果表明，建筑物靠
图 2 聚宝大厦与隧道位置关系（ 单位： m） Fig． 2 Position of Jubao Office Building and tunnel（ unit： m）
2. 1 计算参数及假设 采用有限元软件进行分析，假设盾构施工过程
及隧道周边 土 体、隧 道 埋 深 等 参 数 不 变，各 土 层 厚 度均匀分布。模型原点取隧道中心处，x 轴为隧道 横向，盾构前进方向左侧为 x 轴负方向，右侧为正方 向。y 轴为隧道纵向，y 轴正方向为盾构前进方向。 z 轴垂直于 xy 平面，z 轴正方向由隧道中心指向地 表。模型左右边界为 x = － 40，x = 55，并限制左右 边界 x 方向水平移动。模型前后边界为 y = 0，y = 132，并限制前后边界 y 方向水平移动，模型底部为 z = － 40. 6，并限制模型底部 z 方向位移。管片采用 结构 shell 单元进行模拟，基础结构使用实体单元进 行模拟，上 部 结 构 采 用 结 构 单 元 beam 进 行 模 拟。 土体部分本构关系采用莫尔-库仑模型，基础采用弹 性模型。隧道管片采用 C50，弹性模量取 34. 5GPa， 重度 25. 0kN / m3 ，泊松比 0. 2。土体物理力学参数 如表 1 所示。
表 1 土体物理力学参数 Table 1 Physical and mechanical parameters of soils
种类
厚度 / 重度 γ / m （ kN·m － 3 ）
内摩 擦角 φ/（ °）
黏聚力 c / kPa
弹性 模量 E / MPa
泊松比 μ
杂填土
3. 3
粉质黏土 7. 9
淤泥质黏土 18. 1
本文以 京 津 城 际 延 伸 线 天 津—于 家 堡 盾 构 隧 道为例，研究盾构近距离侧穿不同形式基础建筑物 沉降规律，对指导工程施工及后续类似工程建设具 有重要意义。 1 工程概况
京津城际铁路延伸线解放路盾构隧道采用单 洞双线，总长度为 2 248. 5m。盾构外径为 11. 97m， 盾 体 长 度 为 12m，整 机 长 度 为 65m，隧 道 外 径 11. 6m，内径 10. 6m，管片厚度为 0. 5m。沿线最小覆 土厚度约为 7. 5m，最大覆土厚度为 15. 6m。工程所 处地区为冲 海 积 平 原，地 层 以 淤 泥 质 黏 土、淤 泥 质 粉质黏土为主，土质不匀，成分复杂，具有技术难度 大、安全风 险 高、工 期 要 求 紧 等 特 点。 盾 构 下 穿 天 津市滨海新区解放路商业街。商业街沿线周围建 筑物密集，情况复杂。 2 数值计算
由于该盾构隧道侧穿多栋建筑物，大致分为浅 基础建筑和深基础建筑两类。因此，选取具有代表 性的浅基础建筑物电器城和深基础建筑物聚宝大 厦为研究对象，研究盾构侧穿时建筑物的变形反应。
电器城始建于 20 世纪 70 年代，为框架结构，上 部结构共 3 层，没有地下结构。电器城位于隧道右 侧，长 37. 5m，宽 21m，长边方向与隧道平行，与隧道 位置关系如图 1 所示。
18. 5 19. 1 19. 8
27 19. 6 3. 8 0. 3 23 26. 8 12. 1 0. 3 19 30. 2 14. 4 0. 3
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施工技术
第 46 卷
2. 2 浅基础建筑的数值模拟及结果分析 电器城三维有限元模型［8］如图 3 所示。
Fig． 3
图 3 电器城三维有限元模型 Three-dimensional finite element model
聚宝大厦建成于 20 世纪 90 年代，地上结构为
图 1 电器城与隧道位置关系（ 单位： m） Fig． 1 Position of Electrical Mall and tunnel（ unit： m）
框架结构，共 10 层，并有 1 层地下室，位于隧道右 侧，长 42. 5m，宽 22. 5m。隧道与聚宝大厦位置关系 如图 2 所示。