地铁盾构穿越建筑物施工位移的数值分析
地铁盾构施工引起邻近建筑物变形实测与数值模拟分析
地铁盾构施工引起邻近建筑物变形实测与数值模拟分析姚爱军1,向瑞德1,2,侯世伟1(11北京工业大学岩土与地下工程研究所,北京 100124;21北京兴源房地产开发有限公司,北京 101550)摘 要:地铁隧道盾构施工将对周边建筑物产生影响,甚至造成灾害.北京地铁10#线某标段穿越附近一栋居民住宅楼地基邻域,为了确保施工过程中建筑物的安全,需要对该建筑物进行变形监测和数值分析与评价.为此,在详细研究该区工程地质条件和地铁设计参数的基础上,采用FLAC 3D 工程分析软件,结合现场监测研究了该区段盾构施工对邻近建筑物带来的影响与相应的变形特征.研究表明,数值模拟结果和监测数据比较接近,在本研究区域盾构施工对该类壁板式邻近建筑物影响较小,可以保证安全施工.关键词:地铁;盾构;数值分析;监测;变形分析中图分类号:TU 91文献标志码:A 文章编号:0254-0037(2009)07-0910-05收稿日期:2008201214.基金项目:国家自然科学基金项目(50678003);北京市优秀人才培养资助(D 类)项目(20061D0501500198).作者简介:姚爱军(1966—),男,河北易县人,教授. 在地下施工过程中,地层应力状态的改变将直接导致周边土体产生位移和变形,当这种位移和影响超出一定范围时,必然对隧道结构本身和上部周围环境造成严重破坏,影响到地表和邻近建筑物的安全使用[122].北京地铁10#线某标段穿越附近一栋居民住宅楼地基邻域,该隧道左线施工中,地层发生了一定的位移,对邻近建筑物地基基础产生了一定的影响.所以,右线地铁隧道施工过程中须进行严格的变形监测,尤其要加强对该建筑物的变形监测,了解变化态势,预测变化趋势.通过数值模拟与建筑物的变形实测数据的对比分析,探索了盾构施工对该类建筑物的影响规律及影响程度和范围,将变形控制在建筑物安全警界值内,保证施工期该建筑物的安全[326].1 岩土工程条件本区间地层自上而下为杂填土、粉土、粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、中砂、圆砾、粉质黏土、粉细砂、粉质黏土.地面标高为38160～39182m.地质剖面如图1所示.地下水类型主要有上层滞水、潜水和承压水.图1 地质剖面图Fig.1 The section plan of geology condition第35卷第7期2009年7月北京工业大学学报JOURNAL OF BEI J IN G UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GY Vol.35No.7J ul.2009本区间地层第四纪沉积韵律较为明显,地层组成自上而下为杂填土、粉土、粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、中砂、圆砾、粉质黏土、粉细砂、粉质黏土.地面标高为38160～39182m.地下水类型主要有上层滞水、潜水和承压水.隧道顶板埋深1610m ,隧道直径610m ,左右双线隧道,间距814m ,靠近建筑物一侧的右线隧道距离建筑物基础边线615m.隧道穿越地层为粉质黏土和黏质粉土.2 数值模拟分析211 计算模型 根据上述岩土工程条件,构造的计算模型如图2所示.计算模型上边界为地面,是自由边界;下边界至隧道底部以下20m 处,为双向约束边界;横向取两隧道轴线中心两侧各80m ,因邻近地铁一侧建筑物沿地铁方向长87161m ,则沿地铁隧道轴线方向共取160m ,模型侧边界为单向约束边界.模拟过程中各土层采用摩尔库仑本构模型,参数取值通过岩土工程勘查报告得到.隧道管片采用弹性本构模型[729].建筑物荷载采用等效荷载施加于建筑物基础上,计算过程中没有考虑地下水的作用.212 模拟步序首先对模型施加重力荷载,让模型在自重应力作用下稳定,考察自重应力作用下土体的变形行为;随后清除历史上自重作用造成的土体位移,应力场保留,施加建筑物荷载,让模型在建筑物荷载作用下平衡稳定,考察施加建筑物荷载后土体的变形行为;然后清除因建筑物荷载引起的土体位移变形,模拟左线开挖,设置盾构管片,及时进行注浆,得出左线开挖对建筑物的影响;最后模拟右线开挖,分析左线和右线全部贯通后建筑物的沉降变形情况.213 盾构施工模拟结果分析通过建筑物纵向中心的横向地表沉降槽曲线如图3所示,沉降曲线基本沿两隧道轴线中心对称,曲线整体较为光滑,建筑物所在区段曲线变化明显,近似直线且出现拐点,这说明已有建筑物对盾构施工产生一定影响;地表最大沉降值基本发生在两隧道轴线中心,右线轴线地表沉降值稍大于左线轴线地表沉降值;隧道开挖引起建筑地基不均匀变形,靠近隧道一侧建筑地基沉降值大,最大值为319848mm ,远离隧道一侧地基沉降较小,沉降值为111301mm ,在施工时应对基础的沉降进行实时监测,必要时采取适当的地层加固措施,同时调整隧道支护参数.图2 计算模型Fig.2 The calculationalmodel 图3 地表横向沉降曲线Fig.3 Horizontal settlement curve3 监测点布置及监测结果分析311 监测点布置 根据具体的施工环境和要求,基础沉降监测点布置如图4所示,在建筑物结构两边侧墙分别布设两条119 第7期姚爱军,等:地铁盾构施工引起邻近建筑物变形实测与数值模拟分析图4 沉降布置示意Fig.4 The distribution of settlement spot 测线,即Ⅰ-Ⅰ测线和Ⅱ-Ⅱ测线,每条测线布设了4个测点.建筑物整体的倾斜监测采用倾斜位移测量法测量,即按照建筑物主体的差异沉降推算主体的倾斜率.由于现场条件的制约,倾斜棱镜测点分别布置在变形缝两侧.每对测点分别布置在第2层和第5层楼房的窗户下方,共布置2对倾斜测点,测点号为N1、N2、N3、N4.312 监测结果分析31211 沉降分析该建筑物沉降历时曲线如图5所示,由于盾构是平行于建筑物纵向进行掘进施工,因而临近隧道一侧各测点的沉降差异不是很大.在盾构到达前,地表局部出现一定的隆起,邻近隧道一侧的测点CD22—CD25沉降量较远离隧道一侧的测点CD18—CD21沉降量要大.在监测过程中,建筑物沉降的累计最大值出现在测点CD24,最大沉降量为-3169mm ,该点位于建筑物邻近隧道一侧.综合各沉降测点的监测数据分析结果,在盾构侧穿建筑物前后,建筑物各测点沉降数据均较小.31212 基础倾斜分析根据图5对建筑物沉降测点推算基础倾斜率的变化,可以较好的了解建筑物基础在盾构侧穿过程中所受的影响,为建筑物下部基础的安全提供参考指标.图6为建筑物基础倾斜历时曲线,可以发现测点CD19—CD24的倾斜波动幅度较大,其余各对测点的变化较为有规律,最大基础倾斜-01033%在CD19—CD24,最大基础倾斜速率在CD20—CD23为-01001%/d.建筑物基础倾斜历时曲线基本上均呈现趋于稳定的趋势.图5 建筑物沉降历时曲线Fig.5 Time 2dependant curves of buildingsettlement图6 基础倾斜历时曲线Fig.6 Time 2dependant curves of foundation inclination 31213 建筑物整体倾斜对于建筑物整体倾斜的观测,能反映出建筑物上部结构的位移变化情况.图7为建筑物整体倾斜历时曲线,从图中可以看出,除在建筑物上部变形缝两侧个别时间段有较大幅度的波动外,总体看来建筑物在这两个方向上随时间的波动幅度不是很大,变化较为平稳.在盾构侧穿建筑物完成后的一段时间,建筑物在纵向和横向的倾斜都有一定的回落,横向和纵向的累计倾斜均趋于01010%,各方向上的倾斜基本上已经处于稳定.313 地基沉降实测与数值模拟结果对比主要针对建筑物沉降实际监测点进行对比分析,8个测点的实测值和数值模拟值对比如图8所示.从图中可以看出:实测和数值模拟都表明,靠近隧道一侧4个点的沉降值大于远离隧道一侧的4个点的沉降值;盾构隧道施工引起的建筑物沉降较小,8个监测点中最大实测值为3169mm ;所监测的8个点实测值与数值模拟结果基本吻合,只有少量的偏差,这说明数值模拟能较好的反映盾构隧道施工对邻近建筑物的219北 京 工 业 大 学 学 报2009年图7 建筑物倾斜历时曲线Fig.7 Time 2dependant curves of building inclination 图8 实测沉降值与数值模拟结果对比表Fig.8 Comparison of monitoring data and model results影响;数值模拟结果显示,在靠近隧道一侧或远离隧道一侧4个点的沉降值相差不大,而在同一条侧线上4个测点实测值相差较大,如CD18测点的沉降值是0199mm ,而CD19测点却只有0139mm ,说明建筑物产生了不均匀的沉降.这是由于实际施工时,对建筑物周边地基进行了注浆加固等措施,而数值模拟未考虑此影响.4 结论1)盾构施工对该类壁板式结构建筑物引起的沉降变形较小,最大值出现在测点CD24,最大沉降量为-3169mm ;最大基础倾斜-01033%,在CD19—CD24;建筑物横向和纵向整体倾斜均趋于01010%,在控制范围内,盾构施工对该建筑物损害较小,其施工方法和施工参数对以后类似工程具有借鉴作用和参考价值.2)数值模拟和实测数据表明,盾构侧穿该类建筑物引起的沉降、基础倾斜以及建筑物整体倾斜与测点和隧道的距离有关,测点与隧道距离越近,实测数据就越大,反之则越小.同一测线上4个点的沉降值具有一定的差别,说明此类建筑物在与隧道距离相同的情况下,其沉降值与纵向距离有关,盾构施工引起建筑物产生一定的不均匀沉降.参考文献:[1]姚爱军,向瑞德,衡朝阳.地铁开挖过程与临近建筑地基变形的动态响应[J ].地下空间与工程学报,2007,3(6):157421578.Y AO Ai 2jun ,XIAN G Rui 2de ,HEN G Chao 2yang.Dynamic fesponse of the foundation deformation of buildings nearby the subway excavation[J ].Chinese Journal of Underground S pace and Engineering ,2007,3(6):157421578.(in Chinese )[2]郭军,陶连金,边金.盾构施工地铁区间隧道的地表沉降[J ].北京工业大学学报,2005,31(6):5892592.GUO J un ,TAO Lian 2jin ,BIAN Jin.Ground surface settlement analysis during the subway tunnel excavation by shielding[J ].Journal of Beijing University of Technology ,2005,31(6):5892592.(in Chinese )[3]芮勇勤,岳中琦,唐春安,等.隧道开挖方式对建筑物桩基影响的数值模拟分析[J ].岩石力学与工程学报,2003,22(5):7352741.RU I Y ong 2qin ,YU E Zhong 2qi ,TAN G Chun 2an ,et al.Numerical simulation analysis on influence of tunnel excavation types on pile foundation of building[J ].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ,2003,22(5):7352741.(in Chinese )[4]刘波,叶圣国,陶龙光,等.地铁盾构施工引起邻近基础沉降的FLAC 元数值模拟[J ].煤炭科学技术,2002,30(10):9211.L IU Bo ,YE Sheng 2guo ,TAO Long 2guang ,et al.Flac element numerical simulation of foundation settlement caused by adjacent metro shield construction[J ].Coal Science &Technology ,2002,30(10):9211.(in Chinese )[5]陶龙光,刘波,丁城刚,等.盾构过地铁站施工对地表沉降影响的数值模拟[J ].中国矿业大学学报,2003,32(3):2362240.319 第7期姚爱军,等:地铁盾构施工引起邻近建筑物变形实测与数值模拟分析419北 京 工 业 大 学 学 报2009年TAO Long2guang,L IU Bo,DIN G Cheng2gang,et al.Numerical simulation of ground settlement due to constructing metro2 station based onshield tunneling[J].Journal of China University of Mining&Technology,2003,32(3):2362240.(in Chinese)[6]陶连金,边金.两种浅埋暗挖法开挖地铁车站的比较[J].北京工业大学学报,2004,30(2):1802184.TAO Lian2jin,BIAN parative analysis of two different excavation methods of subway station[J].Journal of University of Technology,2004,30(2):2809184.(in Chinese)[7]白明洲,许兆义,时静,等.复杂地质条件下浅埋暗挖地铁车站施工期地面沉降量FLAC～(3D)分析[J].岩石力学与工程学报,2006,25(2):425424260.BAI Ming2zhou,XU Zhao2yi,SHI Jing,et al.Analysis of ground settlement of a subway station undercut with shallow overburden during construction with FLAC～(3D)under complex geological conditions[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2006,25(2):425424260.(in Chinese)[8]张晓丽,王梦恕,张顶力.减小浅埋暗挖法施工对建构筑物影响的措施[J].中国安全科学学报,2005,15(11):69272.ZHAN G Xiao2li,WAN G Meng2shu,ZHAN G Ding2li.Measures reducing the effects on structure by underground cutting with shallow overburden[J].China Safety Science Journal,2005,15(11):69272.(in Chinese)[9]李大勇,王晖,武亚军.盾构掘进对周围环境的影响分析[J].地下空间与工程学报,2005,11(7):106221064.L I Da2yong,WAN G Hui,WU Y a2jun.Impact of shield tunneling on the environment around the tunnel[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2005,11(7):106221064.(in Chinese)Analysis of the Monitoring Data and Numerical Simulationon Adjacent Building Deform ation Induced by Shield TunnelingYAO Ai2jun1,XIAN G Rui2de1,2,HOU Shi2wei1(1.Institute of G eotechnical and Underground Engineering,Beijing University of Technology,Beijing100124,China;2.Beijing Xing Yuan Real Estate Development Limited Company,Beijing101550,China)Abstract:Shield method in subway construction may have the influence or even cause disaster for on adjacent buildings.A section of line No.10of Beijing subway crossed through the foundation of adjacent buildings.It’s very important to analyze and evaluate the deformation of the building in order to protect them.So,based on the detailed study of geological conditions and design parameters,FLAC3D software combined with field monitoring data is used.And then,research on the effect and corresponding deformation character of adjacent building under construction of shield tunneling is presented.The result indicates that numerical simulation is close to the monitoring data,and the effect caused by shield tunneling on the adjacent panel building is little and the construction of tunnel is safe.K ey w ords:subway;shield;numerical analysis;monitor;deformation analysis(责任编辑 张士瑛)。
隧道-既有建筑物净距,对盾构施工影响的数值分析
教导处小学教师“师徒结对”活动方案教导处小学教师“师徒结对”活动方案一、活动目的：通过“师徒结对”活动，旨在促进教师的互相学习、交流和提升，提高教师教育教学能力，加强师德师风建设，进一步创建良好的校园文化氛围，为学生营造更好的学习环境和氛围。
二、活动时间：本次“师徒结对”活动将于新学期开学后的第一个月开始，活动时间为三个月，即2019年9月至12月。
三、活动安排：1、定期组织师徒双方开展教学交流活动。
指导组织师徒在教学实践中互相探讨交流，共同提高教学能力和水平。
2、制定教学方案，进行教学合作。
帮助新教师制定课程计划，改进教学方法，提升教学能力，达到提高学生学习成绩的目的。
3、开展课后指导活动。
辅导新教师备课，做好教案的撰写和讲解工作，并对新教师在教学中遇到的问题进行答疑解惑。
4、指导新教师进行教学反思。
及时听取新教师对课堂教学的反馈，帮助他们发现教学中存在问题，提高教学水平。
5、定期开展教育教学研讨活动。
组织教师进行主题教育研讨活动，促进教学方法的交流和提升。
四、师徒配对原则：1、新教师和有教学经验的老教师进行配对，要求新教师和老教师所教的学科或者专业相同或者相似。
2、老教师需具有良好的师德师风，个人思想成熟稳重，学识渊博，教学水平高。
3、为确保活动效果，师徒之间应保持一定的人数比例，即一个老教师指导一到两名新教师。
五、活动评价：为了确保“师徒结对”活动能够取得预期效果，我们将从以下几个方面进行评价：1、师徒双方的交流情况和教学能力提升情况。
2、教育教学成果的提高情况。
3、老师对“师徒结对”活动的评价。
六、注意事项：1、活动过程中，师徒之间需保持严格的守时守纪，如有严重违规行为，将视情节予以处理。
2、每位老师需定期记录师徒交流情况和学习成果，定期上交教导处。
3、定期组织老师进行交流和评估活动，确保活动落到实处。
四、结果预期：“师徒结对”活动将帮助新教师逐渐适应校园文化，加强师德师风建设，不断提高教学水平和教育教学质量，为学生创造良好的学习氛围和环境。
盾构下穿施工对隧道影响的数值模拟分析
专业知识分享版使命：加速中国职业化进程摘 要:针对某盾构隧道下穿既有地铁暗挖隧道的施工力学行为进行了三维有限元数值模拟分析。
研究结果表明: 在盾构推进至距既有隧道边缘3 m 前，隧道会发生隆起，且在此位置时隆起量最大，之后开始沉降，在盾构将要穿出既有隧道时，沉降增量最大; 隆起量随盾构推力和既有隧道刚度增大而增大，而沉降量与之相反; 盾构下穿时，既有隧道结构横截面上会产生扭转，扭转角的大小随盾构推力增大而增大，随既有隧道刚度增大而减小。
为确保下穿过程上方隧道的结构安全和列车的正常运行，在距既有隧道边缘 3 m 时采取措施控制盾构推力和提高既有隧道周围土体的强度非常有效。
关键词:隧道 盾构 下穿 数值模拟 竖向位移 横向扭转随着城市地下轨道交通的发展，下穿既有线路的情况时有发生。
由于新线穿越既有线不可避免地会引起既有隧道结构产生附加应力和沉降，而地铁运营又对既有线的轨道变形有非常严格的控制标准，依据《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，运营隧道结构水平和沉降最大位移应 ＜ 20 mm;根据《铁路线路维修规定》，轨道纵向每 10 m 的沉降差应 ＜ 4 mm 。
因此这类下穿工程对既有地铁的安全形成了严峻的考验。
分析盾构下穿既有隧道的力学行为是非常必要的。
姜忻良、赵志明等［1］用理论推导的方法，提出隧道开挖时，上覆土在不同深度处的沉降计算公式; 汪洋、何川等［2］利用模型试验和数值分析的方法，并考虑了隧道纵向和横向刚度的折减得到围岩、净距、推力对上覆隧道的位移和附加应力的分布规律; 文献［3-5］利用三维数值模拟的方法提出下穿盾构的推进与上方近接隧道结构位移的关系; 陈越峰、张庆贺等［6］通过数值模拟及实测数据的反馈，找出了上覆隧道的沉降规律; 张海波、殷宗泽等［7］运用三维数值模拟的方法得出上、下隧道间的距离和相对位置对彼此的影响。
本文以某盾构隧道下穿既有暗挖隧道工程为背景，采用有限元软件建立三维数值分析模型对盾构下穿既有隧道全过程进行动态模拟。
深圳地铁九号线向西村站至文锦站区间盾构下穿建筑物桩基数值分析
深圳地铁九号线向西村站至文锦站区间盾构下穿建筑物桩基数值分析发布时间：2022-04-24T03:39:18.829Z 来源：《中国建设信息化》2022年第1期作者：刘倍1，杨旭光2，艾俊3[导读] 深圳地铁九号线向西村站～文锦站区间的地质条件复杂，并且盾构掘进过程中还要下穿某些建筑物的基础，增加了施工的难度刘倍1，杨旭光2，艾俊3（湖北省工业建筑集团有限公司，湖北武汉 430068）摘要：深圳地铁九号线向西村站～文锦站区间的地质条件复杂，并且盾构掘进过程中还要下穿某些建筑物的基础，增加了施工的难度。
为了确保施工安全，除对桩基采取了加固措施之外，本文对盾构下穿建筑物基础施工过程进行了数值分析，以获得土体、隧道结构及建筑物桩基的变形和受力状态，并分析加固措施的效果，为施工提供一定的依据。
关键词：盾构，桩基，沉降量，施工阶段，应力分布Abstract：Because of the complex geological conditions between Xiangxichun Station and Wenjin Station of Line Nine of Shenzhen Subway and the passing request under some buildings’ foundation during the shield tunneling, the construction difficulty was increased. For the safety of construction, besides the reinforcement measures for the pile foundation, the numerical analysis was done for the construction process of shield tunneling under buildings. As a result, the deformations and stresses of soils, tunnel structures and building’s pile foundation may be obtained to analyze the effects of reinforcement measures.Keywords: Shield, Pile foundation, Settlement, Construction stage, Stress distribution1、工程概况深圳地铁九号线向西村站～文锦站区间线路以叠线形式出向西村站后以半径345m的曲线转东北方向沿春风路行进，下穿长城春风花园，联城变电站后到达文锦站。
地铁盾构侧穿桥梁桩基数值模拟分析
地铁盾构侧穿桥梁桩基数值模拟分析赵小龙;李新平;晏索炜【摘要】文中依托广州地铁十四号线下穿北二环高速公路石湖特大桥工程,将隧道掘进分为4个施工阶段,即盾构机刀盘到达桩基前、盾体通过桩基后空隙未填充前(单侧有14cm空隙)、盾体通过后空隙用水泥砂浆填筑、盾构机刀盘远离后.采用有限元软件Midas/GTS分析各个施工阶段下桩基的位移响应.数值分析结果显示,全过程诱发的桩基最大水平位移为6.4mm,最大竖向位移为-3.4mm,均未超过桩基建筑物允许沉降值10mm;通过对各施工阶段的分析,桩基最大的位移响应为水平位移,竖向位移相对较小,应对桩基的水平位移进行重点监测,特别是盾构机刀盘即将到达桩基前,此时位移增量较大.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】4页(P68-71)【关键词】盾构隧道;桩基变形;数值分析【作者】赵小龙;李新平;晏索炜【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,广州510641;华南理工大学土木与交通学院,广州510641;广州市市政工程监理有限公司,广州510030【正文语种】中文【中图分类】TU473.10 引言目前，随着城市经济的快速发展，地铁线路的建设项目越来越多。
地铁施工主要采用的是盾构技术，盾构法具有开挖安全，掘进速度快等优点[1]。
但在利用盾构技术进行地铁的修建时，时常存在地铁线路交叉穿行于桥梁的地下桩群之间，这会引起地层变位，并对附近的桥梁桩基沉降以及上部结构造成影响[2,3]。
因此，研究盾构隧道施工时对附近桥梁桩基的影响具有重要的实际意义。
文中依托广州轨道交通十四号线隧道下穿北二环高速石湖特大桥工程，采用有限元软件Midas/GTS分析盾构掘进过程中对附近桥梁桩基的影响。
1 工程概况图1 14号线与北二环高速公路平面图广州地铁14号线一期石湖站～太和站区间正线线路主要由石湖站向北转向东先后经过牛仔垌大道、北二环高速公路，再沿广从路向北经过太营路、大田路最终到达太和站，见图1。
盾构施工下穿地面建筑物影响评估
3.3盾构掘进下穿建筑物数值模拟分析
本例采用三维有限差分软件FLAC3D对盾构施工过程 进行模拟，分析深圳地铁5号线下穿碧海花园建筑物时地 表沉降及建筑物桩基的变形规律。
3.3盾构掘进下穿建筑物数值模拟分析
盾构施工下穿地面建 筑物影响评随着城市的发展，传统的地面交通难以满足人们出行 的需求，交通拥堵已经成为制约城市发展的顽疾。地铁以 其高效率，低能耗，充分利用城市空间等优点成为大中城 市解决交通拥堵的首选。而越是需要解决交通拥堵的区域 越是地面建筑繁多的地区，由此将不可避免的出现大量地 铁邻接和穿越既有建筑物的施工情况。盾构法以其独特的 优势成为目前城市地铁施工中普遍采用的方法，但仍不可 避免的对土体造成扰动。于是，研究盾构施工对其下穿地 面建筑物造成的影响，以及如何采取必要和有效的措施应 对这种影响成为我们迫切需要解决的问题。
在地表负曲率的影响下，建筑物基础犹如一个两端受支撑的梁，中间 部分悬空，上部受压、下部受拉，易使建筑物产生倒八字形的裂缝。
3.2、盾构施工对建筑物的影响机理分析
（2）地表水平变形对建筑物的影响：地表的水平变形指地表的拉伸
和压缩，它对建筑物的破坏作用很大。建筑物抵抗拉伸的能力远远小 于抵抗压缩的能力，在较小的地表拉伸下就能使其产生裂缝，尤其是 砌体房屋。一般在门窗洞口的薄弱部位最易产生裂缝，砖砌体的结合 缝亦易被拉开。地表压缩变形对建筑物的破坏主要是使门窗洞口挤成 菱形，纵墙或围墙产生褶曲或屋顶鼓起。 在盾构施工中，地表隆起或沉降是动态发展的过程，因此，对建筑物 的影响也是一个动态发展的过程。一般情况下，建筑物首先受地表隆 起的影响（正曲率），然后受下沉的影响（负曲率），且下降的幅度 越来越大。此外，建筑物的破坏往往是几种变形共同作用的结果。在 一般情况下，地表的拉伸和正曲率同时出现，地表的压缩和负曲率同 时出现。
地铁盾构施工引起邻近建筑物变形实测与数值模拟分析
地铁盾构施工引起邻近建筑物变形实测与数值模拟分析摘要：城乡一体化进程的逐步加快导致各大城市人口激增，城市交通面临严峻挑战。
为解决城市的交通压力，地铁建设势在必行。
盾构法以其施工安全、操作便捷等优势，得到全面的推广与应用。
但此法施工会引发地层损失，严重时，则会造成地表塌陷、管线破裂、墙体裂缝等不良现象，影响周围环境。
本文以某地铁A站到B站区间隧道盾构施工为背景，对盾构掘进引发的邻近建筑物沉降进行了分析。
关键词：盾构法；隧道；建筑沉降；控制措施；数值模拟1前言隧道地铁施工的主要方法中，盾构法凭借高水平的机械化施工技术崭露头角。
其原理是利用盾构刀盘正面切削土体，使渣土顺利进入土仓，并保持土仓内外压力平衡，以减少盾构推进对土层的扰动，从而控制地表的隆陷。
盾构施工技术具有速度快，安全性高，对围岩扰动小、地表沉降易控制，可长距离掘进，不必大面积降水等优点。
由于盾构工法自身的特点，在城市轨道交通施工中作用显著。
它可以克服常规暗挖法不易克服的困难，对一些特殊地段、地层进行施工，如上软下硬、地下水丰富等地层。
但其也具有施工工艺复杂、造价高、在饱和软质地层中推进，地表沉陷风险较大等缺点。
数值模拟法主要分为有限单元法、边界元法、有限差分法、随机介质理论等。
利用数值模拟法可以方便的模拟出盾构施工过程中引起的地表变形规律以及开挖面土体的应力变化规律。
2岩土工程条件本区间地层自上而下为杂填土、粉土、粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、中砂、圆砾、粉质黏土、粉细砂、粉质黏土。
地面标高为38.60～39.82m。
地下水类型主要有上层滞水、潜水和承压水。
本区间地层第四纪沉积韵律较为明显，地层组成自上而下为杂填土、粉土、粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、中砂、圆砾、粉质黏土、粉细砂、粉质黏土。
地面标高为38.60～39.82m。
地下水类型主要有上层滞水、潜水和承压水。
隧道顶板埋深16.0m，隧道直径6.0m，左右双线隧道，间距8.4m，靠近建筑物一侧的右线隧道距离建筑物基础边线6.5m。
盾构二次下穿建筑物的数值模拟分析
差 不大 ， ｌ 点位 最 大沉 降量计 算 值 为 ２ ． ５ ７ ｍ ｍ ，实测 值 为２ ． ４ ｈ ｉ ｍ ； ２ 点位 最大 沉 降量 计算 值 为 ６ ． ０ ５ ｍ ｍ ，实 测 值为 ５ ． ８姗 ； ３ 点 位 最 大 沉 降 量 计算 值 为 １ １ ． ５ ｍ 皿 ， 实 测值 为 ｌ １ ． １ ｍ ｍ ； ４ 点位 最大沉 降量计算 值 为 ４ ． ６ 肿， 实 测值 为 ７ ． ２ ｍ ｌ ｎ 。 所 以， 模型计 算结果 与实测 结果较符 合 。
４ 结 论 与 展 望
１ ） 天津地 铁 ２号线 盾构 二 次 穿越 施工 对 建筑 结 构
３ 实测数据对 比分析
主要通 过 沉 降监测 来控 制 盾 构施 工对 地 表建 筑 物 的影 响 ，针对 建筑 物 的重 要等 级 设置 不 同 的沉 降控 制 标准 ， 以此 来 实现 建筑 物 的分 级保 护 陌 。建筑 物 的沉 降监测 主要 是通 过对控 制 点的监 测来 完成 ， 见图 ７ 。
ａ １ 点 对 比
开挖面距离 ／ ｍ
ｓ ｉ ｏ ｎ ［ Ｊ ］ ． Ｐ ｒ ｏ ｃ ． Ｉ ｎ ｓ ｔ ． Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， １ ９ ９ ４ ， １ ０ ７ ： ６ ５ — ７ ６ ．
［ ４ ］ 季亚平． 考虑施工过程的盾构隧道地层位移与土压力研究 ［ Ｄ ］ ．
一
盾 构 线 ，
图 ７ 建 筑 物 控 制点 分 布
对于 管 片 的拼 接模 拟仍 需要 进一 步深入 。
口 ■
参考文献：
经过对 监 测数 据 的整 理和 分 析 ，选用 控 制 点 中的 ｌ 、 ２ 、 ３ 、 ４ 点位进 行 对 比分 析 ， 见图 ８ 。图 ８中开挖 面
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收稿口期：２００６－０７—２１ 作者简介：夏元友，男，１９６５年生，博士，教授，主耍从事岩土工程教学与科研下作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉａｙｙｌ９６５＠ｍａｉｌ．ｗｈｕｔ．ｅｄｕ．ｅｎ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＦＬＡＣ３Ｄ
１引言
近年来，合理规划、设计、建设地铁是解决城 市交通的一条有效途径【１１。受既有建（构）筑物、 地质条件的限制，新建地铁隧道近距离穿越建（构） 筑物的现象越来越多，如南京地铁南北一线盾构下 穿玄武湖公路隧道、广州地铁二号线穿越某学院建 筑桩群等【ｚ Ｊ，这就产生了新建盾构隧道施工有可能 影响既有建筑桩群的危险。
万方数据
第５期
夏元友等：地铁盾构穿越建筑物施工位移的数值分析
表ｌ计算参数选取表 Ｔａｂｌｅ １ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｓｏｉｌ ｂｏｄｉｅｓ
类 厚度 密度
别 黏土ａ
／ｍ，ｇ·ｃｍ＂３
５
１．８
黏土ｂ ５
１．９
砂
３０
２．０
桩
２．５
压缩模量弹性模量泊松比凝聚力内摩擦角
Ｅｓ，ＭＰａ Ｅ，ＭＰａ
摘要；在总结地铁盾构施工的控制原则以及盾构通过临近群桩的动态预测方法的基础上，结合武汉地铁的设计，采用数值
模拟方法对地铁盾构穿越汉口火车站区时地面及建筑物桩群进行模拟，分析了盾构穿越一般底层和穿越群桩基础两种不同的
情况的位移情况，从而对盾构隧道对城市地面以及建筑物的影响做出评价，提供了盾构穿越建筑物施工安全控制的建议。
３．２场地概况 拟建场区位于汉口，这里地势稍有起伏，绝对
标高在１８．８０＂－－－２２．８０ １１１，地貌单元属长江冲积Ｉ，ⅡＩ 阶地ｆ９】。该场区遍布一层人工填土，其下为第四纪 全新世冲洪积一般黏性土及第四纪晚更新世老黏性 土层。自上到下土体的力学参数见表１。有关结构
和地基荷载参考了相关规程、规范和设计资剃９１。
关键词：盾构隧道；施工控制；数值模拟；ＦＬＡＣ３Ｄ
中图分类号ｌ Ｕ ４５９；ＴＢ １１５
文献标识码：Ａ
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｄｕｒｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ—ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔｒｏ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ
（ｕｎｉｔ：ｒａｍ）
根据相关资料，广场设计荷载（包括活载）为 １０ ｋＮ／ｍ：候车室重量荷载标准值（包括活载）：顶 层为１５ ｋＮ／ｍ，底层为１８ ｋＮ／ｍ，基础为承台基础， 承台厚１．１ ｍ，桩截面尺寸为８００ ｍｍＸ８００ ｍｍ，桩 长４０ｍ。图５和图６分别为下穿广场时网格划分和 下穿桩群时网格划分。两种模型两侧均为受侧向位 移约束，底面均为固定边界，顶面均为地表，为自 由边界。土体模拟采用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ模型。在下 穿广场计算中采用了两种不同开挖方法对地面沉降 的影响进行了比较，情况１是同时开挖左右洞，情 况２是先开挖左洞再开挖右洞，通过输入不同的时 步实现对不同开挖方法的模拟。 ４．２计算结果分析
４．１建模情况 根据桩基托换设计图纸以及现场量测，在对拟
施工的盾构隧道下穿汉口火车站情形时进行地表沉 降计算时，可以取有代表性的两个典型断面进行研 究分析，分别为下穿广场和接近群桩情形的截面，
竺璺三妻堂ｊ！：。苎要之＝！警面。在震墓要妻：．，
地铁隧道中心连线距离地表均为１０ ｍ，地铁开挖半 径为３ ｍ，其中Ｉ—Ｉ截面，即隧道接近桩基时，示 意图如图４所示１１ ＵＪ。
模型计算时，开挖隧道使用ＦＬＡＣ３Ｄ中“ｍｏｄｅｌ
图７地铁下穿广场时同时开挖施工过程的位移变化 Ｆｉｇ．７ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｏｆ ｕｎｄｅｒ－ｃｒｏｓｓ ｓｑｕａｒｅ ａｔ ｍｏｍｅｎｔ
图８地铁下穿广场时分步开挖施工过程的位移变化 Ｆｉｇ．８ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｓｏｉｌ ｏｆ ｕｎｄｅｒ－ｃｒｏｓｓ ｓｑｕａｒｅ ｔｉｍｅｌｅｓｓｌｙ
３工程实例
３．１工程概况 根据武汉地铁初步设计纲要［９】，武汉市轨道交
通二号线工程由一条主线和一条支线组成【８】。主线 自汉口常青花园北侧的马池路起，经鲁巷至关山五 路止，总长４１．６４ ｋｍ，沿线共设３２座车站。武汉 盾构地铁过汉口火车站的平面图与纵断面图如图２ 和图３所示。
Ｆｉｇ．１
图１随盾构掘进引起的土压力变化情况
邻近群桩在掘进施工可以分为盾构掘削面前、 盾构通过时和盾尾脱出后３种地层变形。同时，邻 近的建筑物地面和桩群的外在条件、支撑状态就会 因变化而发生隆沉、倾斜，甚至结构破坏。影响程 度的大小取决于原有的建筑物设计条件、结构条 件、刚度、地层土性等。
盾构掘进对环境影响的预测方法有两种１７一Ｊ： （１）对盾构掘进引起的地层变形进行分析，并将结 果作为建筑物结构分析的输入条件，再进行结构分 析；（２）建立地层中构筑物的模型，对构筑物因掘
Ｃｈａｎｇｅ ｉｎｓｔａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｙ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ
２．２地铁盾构隧道施工工程力学的原理 盾构推进施工引起的地表和土体沉降位移的历
时变化一般分为盾构到达前、盾构到达、盾构通过 时、盾尾通过、后续沉降５个阶段。
结合文献［６】中大量地铁盾构施工监测得出的 地表沉降等高线、土体位移分布、土体沉降分布情 况，确定地铁盾构隧道施工控制原则如下：①工程 土体的稳定不仅与自然因素有关，还与人为的工程 因素密切相关。②复杂工程土体的施工，对土体是 一个非线性的力学荷载过程，其稳定性与应力路径 及历史相关的。③根据土体及工程特点，要针对性 地运用开挖和支护手段，把有害的影响及隐患控制 在尽量低的范围内。④做好施工期间土体动态响应 的观察和监测，用以判断施工方案的合理性，并及 时调整。⑤强调勘察、设计、施工、科研各个环节 紧密结合、互相渗透、及时调整施工方案。 ２．３掘进时邻近群桩的动态预测
＂
ｃ，ｋＰａ 伊，（。）
７
３．２７
０பைடு நூலகம்４
１６
１９
８
４．９８
０．３５
６．０
１８
２０
１４．９
０．３
３５
１９
１ ４００
０．２
４数值分析
ｎｕｌｌ”命令，衬砌采用弹性衬砌模型模拟。盾构机 需要两次从车站下穿过，两条隧道不是同步掘进ｆ９】。 地铁下穿广场时先后开挖施工的位移云图见图７。 为了说明不同的掘进方法对地表位移的影响，对同 时开挖施工的情况进行了数值模拟，其位移云图见 图８。地铁下穿广场时两种开挖方法引起地表下沉 的对比情况见图９。
第２９卷第５期 ２００８年５月
文章编号ｌ １０００－－７５９８－－（２００８）０５—１４１１－－０５
岩
土
力
学
Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ
、，０１．２９
Ｍａｙ
Ｎｏ．５ ２００８
地铁盾构穿越建筑物施工位移的数值分析
夏元友１，张亮亮１，王克金２
（１．武汉理工大学土木工程与建筑学院。武汉４３００７０；２．中国铁建第四勘察设计研究院城建院，武汉４３００６３）
万方数据
１４１４
岩
土
力
学
２００８矩
Ｏ （
ｎ∞５
吕
遨
Ｏ ｍＯ
蜉 摧 ～０．０１５ 舞
～０．０２０
水平距离／ｍ
８
１６ ２４ ３２ ４０ ４８ ５６
～０．０２５
图９地铁下穿广场时开挖过程的地表下沉 Ｆｉｇ．９ Ｙ－ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｏｕｒｓ ｏｆ ｕｎｄｅｒ－ｃｒｏｓｓ ｓｑｕａｒｅ
从图９可以看出，在地铁下穿广场时采用同时 开挖和先后开挖两种开挖方法对地表沉降的影响是 不同的，但仍然有相似之处，如纵断面沉降槽都近 似对称，地表沉降形态具有“双峰”的特征，沉降槽 的地表影响宽度大致相同，与文献［７］所述一致，地 表位移沉降值趋于０．０２ ｍ。在隧道中轴线的地表附 近，出现了土体隆起现象，从图７和图８可以看出， 在隧道中轴线的正上方２＂－－４ ｍ的附近区域，土体 位移较大，而图８中隧道拱顶土体下沉和拱底土体 隆起现象比图７中的明显。对比两种开挖方法可以 看出，采用先后开挖方法时后开挖施工的隧道造成 先开挖的隧道周围土体及地表位移增大。
万方数据
１４１２
岩土 力 学
２００８正
外力（千斤顶载荷）变化；③盾构机上体间摩擦引起 的上体挤压剪切效应；④盾尾间隙以及在盾构隧道 管片衬砌背后的注浆所引起；⑤因盾构机操作引起 的过量取土；⑥因地下水位变化引起孔隙水压力变 化而导致的长期固结沉降。随盾构掘进引起土压力 变化的一般情况见图１。
进引起的地层变形和构筑物变形的动态变化同时进 行分析。本文采用第２种方法进行数值分析。
图２武汉盾构地铁汉口火车站平面图
Ｆｉｇ．２
Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｈａｎｋｏｕ ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｕｈａｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒａｉｌｗａｙ
顶标高２１）．６７０汉口火车站站房承台
寻
翟
业
糍
线
桩底标高一１４．３３
圈３武汉盾构地铁汉口火车站Ｉ－１断面图（单位：ｍ） Ｆｉｇ．３ Ｉ－１ Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｈａｎｋｏｕ ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｕｈａｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｒａｉｌｗａｙ（ｕｎｉｔ：ｍ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｍｅｔｒｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｇｒｏｕｐ ｐｉｌｅ—ａｐｐｒｏａｃｈｅｄ ｂｙ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｇｒｏｕｐ ｐｉｌｅｓ ａｐｐｒｏａｃｈｅｄ ｂｙ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｏｆ Ｈａｎｋｏｕ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｔａｔｉｏｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｗｕｈａｎ ｍｅｔｒｏ ａｎｄ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃａｓｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｎｏ—ｌｏａｄｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｇｒｏｕｐ ｐｉｌｅｓ ａｐｐｒｏａｃｈｅｄ ｂｙ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ ｏｎ ｃｉｔｙ ｆｌｏｏｒ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｄｅｒｉｖｅｄ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ；ａｎｄ ｓｏｍｅ ｈｅｌｐｆｕｌ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ ａｒｅ ｏｆｆｅｒｅｄ．