1、1地铁隧道下穿既有建筑物安全性评估摘要：本文旨在以某地地铁盾构隧道下穿既有建筑物的工程实例为背景，通过有限元软件模拟，介绍隧道下穿既有结构安全性评估的方法。关键词：地铁；盾构隧道；安全性评估 中图分类号： U45 文献标识码： 文章编号： Abstract: In this paper, we take the metro shield tunnel go through the existing structures as project background. Using the finite element software to simulate, and introduction t
2、he methods of safety assessment for existing structures during metro construction. Keywords：shield tunnel; metro; safety assessment 0 引言 21 世纪随着我国城市化进程的加快，城市地下轨道交通进入了飞速发展阶段。在地面建筑密集、地下管线复杂的城市中心地区，由于周围环境的制约，隧道下穿既有结构的情况越来越多。新建隧道施工过程中，既有结构的安全如何保障，已成为学术界和工程界关注的焦点。 目前国内对地铁隧道下穿或近距离通过既有建（构）筑物的安全性评估工作尚属起步时期，
3、现阶段的安全评估基本上都是基于建筑物在设2计或竣工时的原始完好状态进行的评估，而不是基于建筑物的现有变形和沉降的现状评估。评估内容方面，在针对隧道施工过程中及施工完成后建筑物由于沉降或差异沉降，结构具体会受到怎样的影响，会产生多大的裂缝和变形，其分布规律如何等的研究基本上没有涉及到。本文旨在以某地地铁盾构隧道下穿既有砖混结构建筑物的工程实例为背景，介绍在既有结构现状基础上的安全性评估方法，并给出隧道通过既有结构后，可能产生的影响及变形和裂缝的分布情况。 1 工程概况 既有结构为二层砖混结构，建筑平面尺寸 29.76.9m，建筑面积445.46m2。开间尺寸 3.3m，进深尺寸 5.1m，走道宽
4、度 1.8m。建筑物一层层高 3.30m，二层层高为 3.04m，总高度为 6.34m。楼梯间设置在建筑物的中部，楼盖及屋盖板采用预制钢筋混凝土圆孔板；建筑物外墙墙厚370mm，内墙墙厚 240mm，墙体采用 50 号砂浆、75 号粘土砖砌筑，现浇混凝土采用 C20；建筑物基础采用浆砌片石条形基础，基础埋深为1.60m，外墙基础顶宽 520mm，内墙基础顶宽 500mm。 新建隧道从既有结构西侧端墙边穿过，隧道结构顶距既有结构基底约 10.9m。地铁隧道与既有结构的位置关系如图 1-1 所示。 图 1-1 地铁隧道与火车站派出所位置关系 2 评估方法 利用 ANSYS 有限元结构分析设计软件对
5、其做三维空间模拟，砖混结构墙体选择实体单元，楼（屋）面板采用壳单元。边界条件设定办公楼3西北角强制下沉位移、墙体线倾斜，东南角限制位移（铰接） ，墙底其它各点按 peck 曲线施加差异沉降模式。 分析结构在自重、楼（屋）面荷载以及竖向位移及倾斜组合工况条件下，既有结构的内力情况并与其强度设计指标进行比较，评估既有结构在地铁盾构隧道开挖侧穿的影响下，其结构的安全稳定性。 根据砌体结构设计规范 （GB50003-2001） ，取砖砌体设计抗压强度 2.74MPa，设计轴心抗拉强度沿齿缝 0.38 MPa，设计抗剪强度 0.19 MPa，对结构墙体的抗压和抗剪强度进行验算。 3 计算工况 按照目前盾
6、构施工变形控制技术水平，考虑盾构侧下穿既有结构的位置，并根据现场检测结果目前存在的变形情况，选择隧道中心地面累计最大沉降 12mm，派出所办公楼西北角沉降 10mm、外墙局部倾斜0.0055（基于目前状况，并考虑施工新增倾斜 0.0015）计算； 利用 ANSYS 大型结构分析软件进行分析，计算模型及有限元网格划分见图 3-1 所示。 图 3-1 既有结构计算模型及网格划分 4 分析计算与结果 隧道中心地面累计最大沉降 12mm，按 peck 曲线施加差异沉降，既有结构西北角下沉 10mm，外墙向隧道中心线方向倾斜 0.0055。垂直方向墙体压应力分布见图 4-1 所示，与砌体抗压强度进行对比
7、分析，墙体所受压应力在西北角处局部位置超出砌体材料的抗压强度，其它位置满足抗4压强度要求。 图 4-1 Z 方向上的正应力图 墙体的剪应力分布见图 4-2、4-3 所示。墙体上呈现灰色的区域表示墙体所受剪应力已超出其抗剪强度指标，墙体在局部范围内会出现裂纹，裂纹面积约占总墙体面积的 30%左右。 图 4-2 YZ 平面上的剪应力图 图 4-3 XZ 平面上的剪应力图 6 评估结论及建议 1）考虑目前既有结构现状，建议尽可能减小施工过程对主体结构的变形影响，可考虑对既有结构西北角两侧墙体进行加固处理。 2）在盾构开挖的过程中应加强施工过程中的监控量测，包括对既有结构的变形、现有裂缝以及沉降的监测
8、，如发生较大的变形或变形速率加快，应及时反馈以调整盾构施工参数，并采取相应措施。 3）在盾构隧道施工离开派出所后，仍需对派出所的结构变形与基础变形进行必要的检测，确保结构安全。 7 结束语 本文介绍了在既有结构现状基础上的安全性评估方法，校核了既有结构墙体的抗剪和抗压强度，得出了既有结构在现状基础上适应地铁隧道开挖的结构抗变形能力；并给出隧道通过既有结构后，可能产生的影5响及变形和裂缝的分布情况。希望可以为今后类似工程项目的开展提供一定的帮助和参考。 8 参考文献 1 骆建军，张顶立，王梦恕，张成平地铁施工对邻近建筑物安全风险管理J岩土力学，2007（7）：1477-1482 2 武 赞关于铁路隧道风险评估方法的探讨J铁路工程造价管理，2007（11）：8-11 3 易小明，张顶立，李鹏飞隧道下穿时地表房屋变形开裂的定量评估J岩石力学与工程学报 4 姚海波，王梦恕，张顶立热力隧道下穿地面建筑物的安全评价与对策J岩土力学，2006，27（1）：112-116 5刘招伟，王梦恕，董新平地铁隧道盾构法施工引起的地表沉降分析J岩石力学与工程学报，2003，22（8）：1297-1301 6 陈星欣，白冰隧道下穿既有结构物引起的地表沉降控制标准研究J工程地质学报，2011.01
