摘要:本文对“广州地铁6号线如意坊车站隧道下穿房屋近接施工影响预测与安全评估”这一课题进行研究,通过三维有限元数值模型的模拟分析和实测数据的检验,对隧道和周边结构物的安全性作出评价,建立一套隧道施工对周边结构物的影响分析的方法体系,为该工程和今后相似工程的顺利实施提供理论依据和指导作用。

　　1 前言

　　随着城市建设的发展,许多大城市都开始修建城市地铁,地铁暗挖隧道临近建筑物的近接施工问题越来越多,为了保证工程的安全建设,必须分析预测近接施工对既有建筑物和地铁暗挖隧道的影响。由于地面建筑物的结构形式各不相同,所处的地质条件各异,下穿隧道与其的相对关系也不相同,因此对于城市地铁隧道施工对周边结构物的影响,目前尚无成熟的分析方法体系,只能通过个体的研究对类似工程进行指导。

　　在广州地铁六号线的规划设计方案中,出现了许多地铁区间隧道下穿房屋的典型隧道近接施工问题,且常与大跨隧道和小净距隧道一起出现,较典型的例子是如意坊站站后小交隧道需下穿框架结构的大型重载仓库和多层民房。地铁施工必须保证建筑物的安全使用,为此必须对地铁施工对建筑物的影响进行预测分析,并在设计和施工中采取相应对策。

　　本文对中铁隧道勘测设计院承担的“广州地铁6号线如意坊车站隧道下穿房屋近接施工影响预测与安全评估”这一课题进行部分工作的研究以及拓展研究,通过室内试验结果指导,进行三维有限元数值模拟分析,再用实测数据对计算模型和参数进行检验,建立一套隧道施工对周边结构物的影响分析的方法体系。根据分析结果,对隧道和周边结构物的安全性进行评价,提出要减小隧道施工对地表建筑物的影响以及确保在地表建筑物影响下的隧道结构安全的应对措施,为该工程和今后类似工程的顺利实施提供理论依据和指导作用。

　　2 工程概况

　　如意坊站站后设置小交路,采用暗挖施工方案,中间设置施工竖井兼作盾构吊出井和永久结构风井,其断面最大跨度为19.8m,如图1所示。根据该站站后小交路区段的使用功能,具有多种断面形式并涉及多种施工方法;从常规的单线小断面到双线、三线的大跨断面,最大净跨19.8m,初支0.3m,二衬1.0m,双侧壁导坑法施工,一般断面初支0.3m,二衬0.5m,采用CRD法施工;多类隧道工程近接问题包括各暗挖隧道自身在先后施工过程中的相互影响,且大断面从广铁南站车间及多层住宅楼、如意坊一号仓库下穿过,为框架结构。其中如意坊一号仓库桩基距隧道拱顶最小距离仅为1.8m,且设计单桩承载力较大,达560t,隧道施工近接房屋桩基的问题更为突出,可能因过大沉降和倾斜造成建筑物开裂甚至破坏,更可能因开挖时隧道拱顶和掌子面的坍塌而导致的结构物坍塌的大事故,风险较大。

　　3 工程地质

　　本段地层自上而下分别为:杂填土5.6m,淤泥质土1.5m,淤泥质细砂8.7m,淤泥2.45m,粉质粘土1.45m,强、中、微风化基岩层。本段地下水较丰富,与珠江水系联通,隧道拱顶埋深约24～29m,主要位于中、微风化岩层中,局部位于强风化地层。围岩及建筑材料物理力学指标见表1。

　　4 预测方法与模型

　　预测分析采用三维有限元施工模拟法结合类比法进行,有限元计算为充分模拟隧道的三维空间效应,计算模型所取范围是:从如意坊车站端部开始,沿地铁线路方向,包含小交路区段的大约200m纵向(Z轴方向,起点为YAK7+112)范围。考虑隧道开挖应力重分布的影响,以隧道区域为核心,横向(X轴方向)范围取130m,竖向(Y轴方向)取至地面,下取至隧道地板下约40m,结构物模型如图2所示。在模型范围,地铁工程的结构物有小交路暗挖隧道,12m×28.6m×38m的施工竖井,以及盾构隧道,民用建筑物有广铁南站车间及多层住宅楼及其桩基(A9)、如意坊一号仓库及其桩基(A5)和1幢高层及其桩基。模拟计算采用ANSYS有限元通用程序,整个模拟过程中有限元模型共划分为22.3万个单元,计算中初衬、二衬和管片采用弹性壳单元模拟,群桩用空间梁单元模拟,其余桩基及地层及均采用弹塑性8节点空间实体单元模拟。其中建筑物桩基均按端承桩考虑,与地层的连接采用耦合一定自由度的

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