地下隧道施工对邻近建筑物影响的研究现状.
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于宁等［5］运用同济 曙 光 结 构 分 析 软 件，对 双 线 平行隧道施工进行了二维数值模拟，结果表明： 隧道 开挖对建造在隧道上方天然地基上的建筑物有较大 影响，并且靠建筑物 侧 的 隧 道 由 于 建 筑 物 的 作 用 而 产生较 大 的 内 力，需 要 采 取 一 定 的 加 固 措 施。 丁 智［6］提出由于建筑物 基 础 形 式 的 不 同，邻 近 建 筑 物 工况下的盾构施工与建筑物的相互影响也是不相同 的。基于拟建的杭 州 地 铁 1 号 线，考 虑 建 筑 物 基 础 形式的不同 （ 包 括 整 体 基 础、独 立 基 础 和 桩 基 础 ） ， 对邻近建筑物工况下的盾构施工进行二维有限元模 拟和分析，得到建 筑 物 与 隧 道 的 相 互 影 响 规 律。 周 冠南［7］、王春凯［8］采用 二 维 有 限 元 分 别 模 拟 了 盾 构
应力释放引起的弹 － 塑 性 变 形，导 致 建 筑 物 地 基 反 力的大小和分布发生变化； 2） 因有效上覆土压力的 增大而导致土压密 沉 降，使 建 筑 物 地 基 的 竖 向 土 压 力增大； 3 ） 因 土 体 负 载 而 导 致 的 弹 － 塑 性 变 形，使 建筑物地基的土压力增大； 4） 因土性变化而导致的 弹 － 塑性沉降和蠕 变 沉 降，引 起 建 筑 物 的 地 基 反 力 分布发生变化。而这些原因主要是由于盾构推力过 大、盾构与周围土 体 间 的 摩 擦、壁 后 注 浆 压 力、盾 尾 建 筑 空 隙 和 开 挖 面 超 挖 等 因 素 引 起 的［2］ 。 1. 1. 2 有限元模拟研究
随 着 我 国 城 市 建 设 的 推 进 ，地 面 交 通 日 益 拥 挤 ， 许多大城市为了缓解地面交通的沉重压力进行了地 下隧道建设。城市地下隧道施工方法主要有： 盾构 法和浅埋暗挖法和顶管法等。
地表建筑物的沉降在隧道开挖过程中受很多因 素的影响，除 隧 道 施 工 工 艺、施 工 进 度 和 隧 道 结 构 外 ，还 与 隧 道 埋 深 、周 围 建 筑 物 的 间 距 以 及 土 体 性 质 等有很大关系。目前国内外许多学者主要采用数值 模拟和理论分析等方法对该问题进行研究。本文在 总结前人研究的基 础 上，分 别 对 盾 构 隧 道 和 暗 挖 隧 道施工对邻近建筑物影响的研究进行了回顾和总 结 ，最 后 提 出 需 要 进 一 步 研 究 的 课 题 。
关键词： 隧道； 建筑物； 沉降； 数值模拟
THE STATE AND THE ART OF THE IMPACT OF UNDERGROUND TUNNEL CONSTRUCTION ON ADJACENT BUILDINGS
Yu Jianying Wei Gang （ Department of Civil Engineering，Zhejiang University City College，Hangzhou 310015，China）
地 下 隧 道 施 工 对 邻 近 建 筑 物 影 响 的 研 究 现 状 ——— 余 剑 英 ，等
隧道施工对短桩基础和条形基础框架结构建筑物的 影 响 ，上 部 框 架 结 构 采 用 梁 柱 体 系 ，考 虑 楼 面 活 荷 载 作用。
由于隧道和建 筑 物 均 为 三 维 体，采 用 二 维 有 限 元难以真实模拟实 际 情 况，也 无 法 反 映 整 个 隧 道 穿 越过程中建筑物位移和应力在隧道横向和纵向的变 化规律。
姜忻良等［9］运用有限 元 软 件 ANSYS，对 盾 构 隧 道穿越 7 层十字交叉梁基础的框架结构建筑物进行 三维有限元模拟。分析表明： 建筑物基础的沉降主 要发生在地铁隧道穿越建筑物的区间内； 建筑物的 横向倾斜随着盾构 的 掘 进 而 逐 渐 增 大，而 其 纵 向 倾 斜量最大值则出现在开挖面在建筑物中线附近时； 在盾构穿越建筑物 的 过 程 中，柱 的 等 效 应 力 增 幅 可 达 20. 1% ； 相对 于 弯 矩 而 言，建 筑 物 构 件 的 扭 矩 变 化更为显著； 当开挖距离越过建筑物 20 m 时其变形 和内力均趋于稳定。
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综述
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百度文库
地下隧道施工对邻近建筑物影响的研究现状
余剑英 魏 纲
（ 浙江大学城市学院土木工程系，杭州 310015）
摘 要： 地下隧道的开挖必须以地表建筑物的正 常 使 用 为 前 提 ，过 大 的 地 表 沉 降 会 引 起 建 筑 物 的 开 裂 、 沉降和倾斜等问题，对建筑物安全使用造成严重的影响。 在 总 结 前 人 研 究 的 基 础 上 ，对 盾 构 隧 道 和 暗 挖 隧 道 施 工 对 邻 近 建 筑 物 影 响 的 研 究 方 法 和 成 果 进 行 了 回 顾 和 总 结 ，提 出 了 需 要 进 一 步 研 究 的 课 题 和 研 究 思 路 。
第一作者： 余剑英，女，1976 年出生，硕士，讲师。 E － mail： yujy@ zucc． edu． cn 收稿日期： 2011 － 03 － 31
工业建筑 2011 年第 41 卷第 9 期
形 、屋 顶 鼓 起 、以 及 纵 墙 或 围 墙 产 生 褶 曲［1］ 。 外力条件的变化主要由以下原因导致： 1） 土体
1 国内外研究现状 1. 1 盾构隧道施工对建筑物的影响 1. 1. 1 影响机理分析
盾构施工 将 引 起 一 定 范 围 内 的 土 体 位 移 和 变 形。对位于影响范 围 内 的 地 表 建 筑 物，由 于 地 基 土 体的变形会导致其外力条件和支承状态发生变化，
116 Industrial Construction Vol. 41，No. 9，2011
李浩等［10］利用 MIDAS / GTS 分析了隧道 开 挖 对 短桩基础的 3 层 框 架 结 构 建 筑 物 的 影 响，得 出： 1 ） 隧道施工对框架结构沉降的影响较大； 对垂直于隧 道轴线方向的框架侧向变形影响较小。2） 当隧道 在建筑物正下方穿 过 时，隧 道 施 工 引 起 的 土 体 位 移 对框架结构的中梁 弯 矩 影 响 较 小，边 梁 的 最 大 负 弯 矩有较大幅度的增加； 中柱的轴压力降低，边柱的轴 压力 增 大。 彭 畅 等［11］ 采 用 ABAQUS 软 件，以 武 汉 长江隧道为背景，对 双 线 盾 构 隧 道 穿 越 5 层 独 立 基 础的框架结构建筑 物 进 行 三 维 数 值 分 析，得 出 双 线 隧道开挖时建筑物倾斜最大值可能出现在单线开挖 的某一阶段。
丁智将盾构施工中土体损失简化为扰动荷载， 同时考虑建筑物荷载，基 于 弹 性 半 空 间 的 Boussineq 解，求得扰动荷载作 用 下 地 面 最 大 沉 降 和 建 筑 物 荷 载引起的地面沉降； 再根据叠 加 原 理 和 Peck 公 式，
117
求得邻近建筑物工况下的盾构施工引起的地面沉降 值； 通过建立建筑物弯曲和倾斜变形控制的地面容 许沉降和容许土体 损 失 率，来 判 断 盾 构 隧 道 施 工 是 否对邻近建筑物产 生 损 坏，进 而 确 定 建 筑 物 的 损 坏 程 度 ，从 而 采 取 相 应 防 护 措 施 。 1. 2 暗挖隧道施工对建筑物的影响
Abstract ： The excavation of underground tunnels must be on the premise of the normal usage of ground buildings． Cracking，settlement，incline and other issues of buildings may be caused by excessive ground settlement，which may severely affect the safe usage of buildings． Based on previous studies，the research methods and results of the impact of underground shield tunnel and shallow bored tunnel construction on adjacent buildings were respectively reviewed and summarized，and the further study and research ideas were put forward． Keywords ： tunnel； building； settlement； numerical simulation
由于盾构隧道施工对建筑物影响的研究比较复 杂 ，特 别 是 建 筑 物 基 础 和 上 部 结 构 比 较 复 杂 ，目 前 国 内外学者主要采用有限单元法进行研究。
Mroueh 等［3］ 采 用 三 维 有 限 元 程 序 研 究 了 软 土 隧道与独立基础上二层框架结构建筑物的相互作 用 ，研 究 假 定 隧 道 施 工 过 程 中 建 筑 物 已 存 在 、土 体 为 完全弹性体，考虑了 建 筑 物 自 重 和 结 构 刚 度 对 相 互 作用的影响。Mrouch 首先用 Peck 公 式 计 算 隧 道 施 工引起的土体变形； 然后利用得到的土体变形对建 筑物结构的作用作全面分析； 最后将该方法与一种 简化计算方法（ 忽略地面建筑物） 进行了比较。研 究表明： 隧道开挖引起的应力值很大程度上取决于 是否考虑邻近建筑 物 的 存 在，忽 略 建 筑 物 自 重 将 低 估隧道开挖引起的应力； 在隧道与建筑物相互作用 分析中忽略结构刚度将使结构各部分初始内力值偏 大。但其并没有模拟隧道施工引起建筑物地基反力 变化的规律。Jenck 等［4］运用 FLAC3D 对盾 构 施 工 和 建 筑 物 进 行 数 值 模 拟 ，对 盾 构 施 工 进 行 了 简 化 ，考 虑 了土体损失和建筑物刚度对地表位移的影响。结果 表明： 在建筑物存在的区域，地表沉降有着明显的变 化 ，有 必 要 对 这 一 区 域 采 取 防 护 措 施 。
而外力条件的变化 又 将 使 已 有 建 筑 物 发 生 沉 降、倾 斜或者断面变形等现象。具体损害表现为： 1） 地表 沉 降 会 使 建 筑 物 产 生 整 体 下 沉 ，若 沉 降 过 大 ，会 造 成 一 定 损 害 ，尤 其 对 于 砌 体 结 构 ，这 种 竖 向 沉 降 使 砌 体 中存在着竖向的下沉力，形成水平裂缝。2 ） 不 均匀 沉 降 将 导 致 地 表 倾 斜 ，使 建 筑 物 产 生 结 构 破 坏 裂 缝 。 地表倾斜还会使高 耸 建 筑 物 发 生 重 心 偏 斜，引 起 土 层 中 附 加 应 力 重 分 布 ，使 场 地 应 力 场 发 生 变 化 ，严 重 时使建筑物丧失稳定性而破坏。3） 土体变形会使 地表形成曲面而产 生 曲 率，地 表 曲 率 会 造 成 建 筑 物 中部沉降大，端部 沉 降 小，建 筑 物 中 央 部 分 悬 空，端 部受剪。4） 地表水平变形有拉伸和压缩两种，由于 建筑物抗拉能力远 小 于 抗 压 能 力，建 筑 物 对 地 表 拉 伸变形非常敏感，当 基 础 侧 面 受 外 向 水 平 推 力 作 用 时，薄弱部 位 容 易 产 生 裂 缝，同 时 门 窗 洞 口 产 生 变
冯慧 君 等［12］ 运 用 FLAC3D 软 件，以 天 津 地 铁 2 号线为背景，对双线 盾 构 隧 道 穿 越 6 层 筏 板 基 础 的 砖混结构建筑物进 行 了 三 维 有 限 元 分 析，得 出 隧 道 周边的围岩区破坏的原因主要是开挖扰动及盾尾脱 离后同步注浆的强 度 还 没 有 形 成，洞 室 围 岩 基 本 没 有 支 撑 就 向 洞 室 内 发 生 ，释 放 内 部 应 力 。
苏卜坤等［13］ 采 用 MIDAS / GTS 软 件，对 盾 构 隧 道斜穿 7 层筏板基础的砖混结构建筑物进行三维有 限元模拟，得出砌体 结 构 自 重 会 加 剧 所 在 位 置 处 的 地表沉降值及其范 围，采 取 筏 板 整 体 加 固 能 有 效 减 少建筑物沉降和差异沉降。 1. 1. 3 理论分析研究
应力释放引起的弹 － 塑 性 变 形，导 致 建 筑 物 地 基 反 力的大小和分布发生变化； 2） 因有效上覆土压力的 增大而导致土压密 沉 降，使 建 筑 物 地 基 的 竖 向 土 压 力增大； 3 ） 因 土 体 负 载 而 导 致 的 弹 － 塑 性 变 形，使 建筑物地基的土压力增大； 4） 因土性变化而导致的 弹 － 塑性沉降和蠕 变 沉 降，引 起 建 筑 物 的 地 基 反 力 分布发生变化。而这些原因主要是由于盾构推力过 大、盾构与周围土 体 间 的 摩 擦、壁 后 注 浆 压 力、盾 尾 建 筑 空 隙 和 开 挖 面 超 挖 等 因 素 引 起 的［2］ 。 1. 1. 2 有限元模拟研究
随 着 我 国 城 市 建 设 的 推 进 ，地 面 交 通 日 益 拥 挤 ， 许多大城市为了缓解地面交通的沉重压力进行了地 下隧道建设。城市地下隧道施工方法主要有： 盾构 法和浅埋暗挖法和顶管法等。
地表建筑物的沉降在隧道开挖过程中受很多因 素的影响，除 隧 道 施 工 工 艺、施 工 进 度 和 隧 道 结 构 外 ，还 与 隧 道 埋 深 、周 围 建 筑 物 的 间 距 以 及 土 体 性 质 等有很大关系。目前国内外许多学者主要采用数值 模拟和理论分析等方法对该问题进行研究。本文在 总结前人研究的基 础 上，分 别 对 盾 构 隧 道 和 暗 挖 隧 道施工对邻近建筑物影响的研究进行了回顾和总 结 ，最 后 提 出 需 要 进 一 步 研 究 的 课 题 。
关键词： 隧道； 建筑物； 沉降； 数值模拟
THE STATE AND THE ART OF THE IMPACT OF UNDERGROUND TUNNEL CONSTRUCTION ON ADJACENT BUILDINGS
Yu Jianying Wei Gang （ Department of Civil Engineering，Zhejiang University City College，Hangzhou 310015，China）
地 下 隧 道 施 工 对 邻 近 建 筑 物 影 响 的 研 究 现 状 ——— 余 剑 英 ，等
隧道施工对短桩基础和条形基础框架结构建筑物的 影 响 ，上 部 框 架 结 构 采 用 梁 柱 体 系 ，考 虑 楼 面 活 荷 载 作用。
由于隧道和建 筑 物 均 为 三 维 体，采 用 二 维 有 限 元难以真实模拟实 际 情 况，也 无 法 反 映 整 个 隧 道 穿 越过程中建筑物位移和应力在隧道横向和纵向的变 化规律。
姜忻良等［9］运用有限 元 软 件 ANSYS，对 盾 构 隧 道穿越 7 层十字交叉梁基础的框架结构建筑物进行 三维有限元模拟。分析表明： 建筑物基础的沉降主 要发生在地铁隧道穿越建筑物的区间内； 建筑物的 横向倾斜随着盾构 的 掘 进 而 逐 渐 增 大，而 其 纵 向 倾 斜量最大值则出现在开挖面在建筑物中线附近时； 在盾构穿越建筑物 的 过 程 中，柱 的 等 效 应 力 增 幅 可 达 20. 1% ； 相对 于 弯 矩 而 言，建 筑 物 构 件 的 扭 矩 变 化更为显著； 当开挖距离越过建筑物 20 m 时其变形 和内力均趋于稳定。
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地下隧道施工对邻近建筑物影响的研究现状
余剑英 魏 纲
（ 浙江大学城市学院土木工程系，杭州 310015）
摘 要： 地下隧道的开挖必须以地表建筑物的正 常 使 用 为 前 提 ，过 大 的 地 表 沉 降 会 引 起 建 筑 物 的 开 裂 、 沉降和倾斜等问题，对建筑物安全使用造成严重的影响。 在 总 结 前 人 研 究 的 基 础 上 ，对 盾 构 隧 道 和 暗 挖 隧 道 施 工 对 邻 近 建 筑 物 影 响 的 研 究 方 法 和 成 果 进 行 了 回 顾 和 总 结 ，提 出 了 需 要 进 一 步 研 究 的 课 题 和 研 究 思 路 。
第一作者： 余剑英，女，1976 年出生，硕士，讲师。 E － mail： yujy@ zucc． edu． cn 收稿日期： 2011 － 03 － 31
工业建筑 2011 年第 41 卷第 9 期
形 、屋 顶 鼓 起 、以 及 纵 墙 或 围 墙 产 生 褶 曲［1］ 。 外力条件的变化主要由以下原因导致： 1） 土体
1 国内外研究现状 1. 1 盾构隧道施工对建筑物的影响 1. 1. 1 影响机理分析
盾构施工 将 引 起 一 定 范 围 内 的 土 体 位 移 和 变 形。对位于影响范 围 内 的 地 表 建 筑 物，由 于 地 基 土 体的变形会导致其外力条件和支承状态发生变化，
116 Industrial Construction Vol. 41，No. 9，2011
李浩等［10］利用 MIDAS / GTS 分析了隧道 开 挖 对 短桩基础的 3 层 框 架 结 构 建 筑 物 的 影 响，得 出： 1 ） 隧道施工对框架结构沉降的影响较大； 对垂直于隧 道轴线方向的框架侧向变形影响较小。2） 当隧道 在建筑物正下方穿 过 时，隧 道 施 工 引 起 的 土 体 位 移 对框架结构的中梁 弯 矩 影 响 较 小，边 梁 的 最 大 负 弯 矩有较大幅度的增加； 中柱的轴压力降低，边柱的轴 压力 增 大。 彭 畅 等［11］ 采 用 ABAQUS 软 件，以 武 汉 长江隧道为背景，对 双 线 盾 构 隧 道 穿 越 5 层 独 立 基 础的框架结构建筑 物 进 行 三 维 数 值 分 析，得 出 双 线 隧道开挖时建筑物倾斜最大值可能出现在单线开挖 的某一阶段。
丁智将盾构施工中土体损失简化为扰动荷载， 同时考虑建筑物荷载，基 于 弹 性 半 空 间 的 Boussineq 解，求得扰动荷载作 用 下 地 面 最 大 沉 降 和 建 筑 物 荷 载引起的地面沉降； 再根据叠 加 原 理 和 Peck 公 式，
117
求得邻近建筑物工况下的盾构施工引起的地面沉降 值； 通过建立建筑物弯曲和倾斜变形控制的地面容 许沉降和容许土体 损 失 率，来 判 断 盾 构 隧 道 施 工 是 否对邻近建筑物产 生 损 坏，进 而 确 定 建 筑 物 的 损 坏 程 度 ，从 而 采 取 相 应 防 护 措 施 。 1. 2 暗挖隧道施工对建筑物的影响
Abstract ： The excavation of underground tunnels must be on the premise of the normal usage of ground buildings． Cracking，settlement，incline and other issues of buildings may be caused by excessive ground settlement，which may severely affect the safe usage of buildings． Based on previous studies，the research methods and results of the impact of underground shield tunnel and shallow bored tunnel construction on adjacent buildings were respectively reviewed and summarized，and the further study and research ideas were put forward． Keywords ： tunnel； building； settlement； numerical simulation
由于盾构隧道施工对建筑物影响的研究比较复 杂 ，特 别 是 建 筑 物 基 础 和 上 部 结 构 比 较 复 杂 ，目 前 国 内外学者主要采用有限单元法进行研究。
Mroueh 等［3］ 采 用 三 维 有 限 元 程 序 研 究 了 软 土 隧道与独立基础上二层框架结构建筑物的相互作 用 ，研 究 假 定 隧 道 施 工 过 程 中 建 筑 物 已 存 在 、土 体 为 完全弹性体，考虑了 建 筑 物 自 重 和 结 构 刚 度 对 相 互 作用的影响。Mrouch 首先用 Peck 公 式 计 算 隧 道 施 工引起的土体变形； 然后利用得到的土体变形对建 筑物结构的作用作全面分析； 最后将该方法与一种 简化计算方法（ 忽略地面建筑物） 进行了比较。研 究表明： 隧道开挖引起的应力值很大程度上取决于 是否考虑邻近建筑 物 的 存 在，忽 略 建 筑 物 自 重 将 低 估隧道开挖引起的应力； 在隧道与建筑物相互作用 分析中忽略结构刚度将使结构各部分初始内力值偏 大。但其并没有模拟隧道施工引起建筑物地基反力 变化的规律。Jenck 等［4］运用 FLAC3D 对盾 构 施 工 和 建 筑 物 进 行 数 值 模 拟 ，对 盾 构 施 工 进 行 了 简 化 ，考 虑 了土体损失和建筑物刚度对地表位移的影响。结果 表明： 在建筑物存在的区域，地表沉降有着明显的变 化 ，有 必 要 对 这 一 区 域 采 取 防 护 措 施 。
而外力条件的变化 又 将 使 已 有 建 筑 物 发 生 沉 降、倾 斜或者断面变形等现象。具体损害表现为： 1） 地表 沉 降 会 使 建 筑 物 产 生 整 体 下 沉 ，若 沉 降 过 大 ，会 造 成 一 定 损 害 ，尤 其 对 于 砌 体 结 构 ，这 种 竖 向 沉 降 使 砌 体 中存在着竖向的下沉力，形成水平裂缝。2 ） 不 均匀 沉 降 将 导 致 地 表 倾 斜 ，使 建 筑 物 产 生 结 构 破 坏 裂 缝 。 地表倾斜还会使高 耸 建 筑 物 发 生 重 心 偏 斜，引 起 土 层 中 附 加 应 力 重 分 布 ，使 场 地 应 力 场 发 生 变 化 ，严 重 时使建筑物丧失稳定性而破坏。3） 土体变形会使 地表形成曲面而产 生 曲 率，地 表 曲 率 会 造 成 建 筑 物 中部沉降大，端部 沉 降 小，建 筑 物 中 央 部 分 悬 空，端 部受剪。4） 地表水平变形有拉伸和压缩两种，由于 建筑物抗拉能力远 小 于 抗 压 能 力，建 筑 物 对 地 表 拉 伸变形非常敏感，当 基 础 侧 面 受 外 向 水 平 推 力 作 用 时，薄弱部 位 容 易 产 生 裂 缝，同 时 门 窗 洞 口 产 生 变
冯慧 君 等［12］ 运 用 FLAC3D 软 件，以 天 津 地 铁 2 号线为背景，对双线 盾 构 隧 道 穿 越 6 层 筏 板 基 础 的 砖混结构建筑物进 行 了 三 维 有 限 元 分 析，得 出 隧 道 周边的围岩区破坏的原因主要是开挖扰动及盾尾脱 离后同步注浆的强 度 还 没 有 形 成，洞 室 围 岩 基 本 没 有 支 撑 就 向 洞 室 内 发 生 ，释 放 内 部 应 力 。
苏卜坤等［13］ 采 用 MIDAS / GTS 软 件，对 盾 构 隧 道斜穿 7 层筏板基础的砖混结构建筑物进行三维有 限元模拟，得出砌体 结 构 自 重 会 加 剧 所 在 位 置 处 的 地表沉降值及其范 围，采 取 筏 板 整 体 加 固 能 有 效 减 少建筑物沉降和差异沉降。 1. 1. 3 理论分析研究