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城市隧道下穿既有建筑的安全控制模擬試驗(yàn)研究

文檔作者：胡潤(rùn)民文檔來(lái)源：中鐵十八局集團(tuán)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月10日
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城市隧道下穿既有建筑的安全
控制模擬試驗(yàn)研究
胡潤(rùn)民
中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津 300350
【摘要】某城際線路隧道下穿居民區(qū)區(qū)段往往伴隨著較為復(fù)雜的區(qū)間結(jié)構(gòu)形式。為了保證實(shí)際施工時(shí)的安全，事先采
用理論分析、軟件計(jì)算以及工程調(diào)研等方法，對(duì)城市隧道下穿既有建筑的安全控制模擬試驗(yàn)與安全控制措施進(jìn)行了相
關(guān)分析和研究。模擬試驗(yàn)的結(jié)果表明，在隧道施工的時(shí)候，要注重對(duì)其正上方的房屋地基的注漿處理工作，并通過此
項(xiàng)措施來(lái)控制房屋的沉降；如果房屋在其開挖縱向影響范圍的20 m內(nèi)，則要進(jìn)行相應(yīng)的地基加固工作。
【關(guān)鍵詞】城市隧道 下穿既有建筑 安全控制 模擬試驗(yàn)
【中圖分類號(hào)】TU28 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【D0I】1 0．1 41 44／j．cnki．jzsg．201 5．01．043
Research on Safety Control Simulation Test for Urban Tunnel
Running Under Existing Buildings
Hu Runmjn
China Railway 18th Bureau Group Co．，Ltd． Tianjin 300350
0 引言
最近幾年，伴隨著經(jīng)濟(jì)的與日發(fā)展，城市化進(jìn)程也在
不斷推進(jìn)，在整個(gè)推進(jìn)過程中，城市交通量也在迅猛地增
加，為了讓土地能得到高效利用，地下軌道交通工程應(yīng)運(yùn)
而生。
與以往工程相比，近年來(lái)，工程不僅有著較大的規(guī)
模，還需下穿更多的已有建(構(gòu))筑物，且需要更為嚴(yán)格
的修建技術(shù)。所以，在進(jìn)行城市的地下工程時(shí)，不僅要對(duì)
其附近的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行合理的影響分析，還要探討相應(yīng)的安
全措施，這不僅是當(dāng)前的一項(xiàng)熱點(diǎn)問題，也具有非凡的現(xiàn)
實(shí)價(jià)值，值得進(jìn)一步探討。
1 工程概況
某城際線路區(qū)間長(zhǎng)11．7 km，在其左線GDZK45+200～
GDZK45+405段，伴隨著較為復(fù)雜的區(qū)間結(jié)構(gòu)形式。其下穿
2～5層的民居住房，大部分的結(jié)構(gòu)都為框架。在進(jìn)行模擬
計(jì)算的時(shí)候，選取GDZK45+300作為斷面的里程，最下面的
一層為弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，其上為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，再
上為殘積粉質(zhì)黏土，接著是游泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，最上面的一
層是素填土，隧道埋深17．5 m。針對(duì)隧道下穿居民區(qū)的狀
況，本文對(duì)上部建筑物結(jié)構(gòu)在隧道挖掘中的安全控制進(jìn)行
探討
作者簡(jiǎn)介：胡潤(rùn)民(1978_一)，男，本科，工程師。
通訊地址：天津市河曲壤柳林東中鐵十八局(300350)。
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2 城市隧道下穿既有建筑的安全控制模擬試驗(yàn)[1 ]
2．1模擬試驗(yàn)相似關(guān)系
結(jié)合研究目的，對(duì)該城際線路隧道的相關(guān)設(shè)備及其操
作性進(jìn)行充分的考慮，然后進(jìn)行相關(guān)計(jì)算與推導(dǎo)和合理的
類比與分析，從而對(duì)試驗(yàn)中需要確定的地基相似比及時(shí)確
定，這些相似比有幾何相似比，也有堆積密度相似比，進(jìn)
而使得在規(guī)定范圍中，一些控制性物理力學(xué)的參數(shù)相似性
得以全部實(shí)現(xiàn)。結(jié)合相似原則，將參數(shù)原型值與模型值的
相似比進(jìn)行相關(guān)推理，幾何、強(qiáng)度、壓力、凝聚力、彈性
模量相似比為20，堆積密度、應(yīng)變、摩擦角相似比為l。
2-2模擬試驗(yàn)材料
2．2．1 相似材料之圍巖
對(duì)于該城際線路來(lái)說(shuō)，其GZH一7標(biāo)隧道的位置是城
市中較為繁華的道路。當(dāng)該隧道下穿繁密的居住區(qū)時(shí)，其
圍巖的級(jí)別是六級(jí)，在試驗(yàn)中就將其作為了土體配比的原
型。為了使得試驗(yàn)既結(jié)合實(shí)際，又能夠在相關(guān)工程中進(jìn)行
合理推廣，圍巖參數(shù)應(yīng)該在結(jié)合實(shí)際的基礎(chǔ)之上，與相關(guān)
標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的巖體選值充分結(jié)合起來(lái)。
2．2．2 相似材料之加固區(qū)
結(jié)合施工計(jì)劃，應(yīng)該在于隧道拱部的180。范圍中，做
好小導(dǎo)管超前支護(hù)的工作，將 22 mm超前錯(cuò)桿打設(shè)好，做
好半斷面相關(guān)的注漿止水工作。由于條件受限，要想于臺(tái)
架上做出拱形的超前支護(hù)十分不易，所以一般都是在拱頂
上加設(shè)相應(yīng)的加固土體，由此來(lái)充當(dāng)加固區(qū)的圍巖角色，
此土體的圍巖強(qiáng)度與原土體相比，要高一個(gè)層次。圍巖加
2015-1- ．Building Constructi。n皿
胡潤(rùn)民： 城市隧道下穿既有建筑的安全控制模擬試驗(yàn)研究
區(qū)詳見圖1、圖2。
黼巖加嗣區(qū)
圖1 現(xiàn)場(chǎng)圍巖加固區(qū)示意 圖2 試驗(yàn)圍巖加固區(qū)示意
2．2．3 相似材料之支護(hù)
因試驗(yàn)條件受限，一些初支措施諸如鋼架等較難進(jìn)行
模擬，所以就參考之前的模擬試驗(yàn)，將水和石膏的比值為
1：1．12的特種石膏相似材料作為初支的模擬對(duì)象，在試驗(yàn)
的過程中，以繞灌注的方式做好支護(hù)。I 作。對(duì)于石膏的模
擬材料來(lái)說(shuō)，其試驗(yàn)指標(biāo)為0．5 h的力學(xué)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)
現(xiàn)，在0～10 oC下，這種相似材料的強(qiáng)度在0．5～8 hZ間基
本不發(fā)生變化。
2．3 模擬試驗(yàn)裝置及量測(cè)系統(tǒng)
2．3．1 模擬試驗(yàn)裝置
對(duì)于試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)說(shuō)，其槽的尺寸如下：43 m X 3．7 m X
0．8 m；對(duì)于隧道試體來(lái)說(shuō)，其尺寸如下：0．85 m X0．9 m X
0．8 HI。為了使得圍巖和隧道試體處于易于控制狀態(tài)，應(yīng)用
了相應(yīng)的約束器材對(duì)模型槽前后進(jìn)行控制。為了將模型槽
的邊界效應(yīng)控制到最低，在其整個(gè)內(nèi)表面都進(jìn)行了厚1 tuna
的聚四氟乙烯板粘貼。
2．3．2 量測(cè)系統(tǒng)
1)量測(cè)項(xiàng)目及措施：主要對(duì)各種工況下進(jìn)行開挖的時(shí)
候隧道結(jié)構(gòu)等位移的變化進(jìn)行測(cè)量，采用精度為0．000 1 m
的差動(dòng)變壓器式位移計(jì)做好相關(guān)測(cè)量¨r作。
2)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)布置：在地表布置7個(gè)測(cè)點(diǎn)，從隧道的
正上方開始，從左向右間距為4 In依次排列；對(duì)于土中的測(cè)
點(diǎn)來(lái)說(shuō)，加上拱頂共有4個(gè)；對(duì)于每個(gè)房屋來(lái)說(shuō)，各自有
2個(gè)在對(duì)角線上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置詳見圖3(圖中矩
形代表房屋建筑物，圓形代表監(jiān)測(cè)點(diǎn))。
圖3 模擬試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置
2 4模擬試驗(yàn)步驟
1)為確保試驗(yàn)平面的應(yīng)變態(tài)勢(shì)，將槽和模擬圍巖間的
摩擦控制在最低，要在槽的全內(nèi)表面進(jìn)行厚1 mm的聚四氟
乙烯板粘貼。
_四建筑狍工·第37卷·第1期
2)做好儀器的調(diào)試和場(chǎng)地布置工作，制作在測(cè)量位移
時(shí)需要的相關(guān)材料。
3)結(jié)合試驗(yàn)工況實(shí)際，在槽內(nèi)做好填土工作，當(dāng)填到
隧道的拱頂位置時(shí)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)增添加固區(qū)土體。并在其中
合適位置埋置合理的銅管，待找平結(jié)束，做好一次性的壓
實(shí)工作從而避免分層現(xiàn)象的發(fā)生。
4)結(jié)合設(shè)計(jì)計(jì)劃，將槽內(nèi)的測(cè)點(diǎn)位置及時(shí)確定，將位
移計(jì)安置好并保證其處于合理的讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)下，將其調(diào)至垂
直態(tài)勢(shì)，將其初始讀數(shù)記錄下來(lái)。
5)一切準(zhǔn)備結(jié)束，開始隧道的模擬開挖，開挖時(shí)，要
依據(jù)實(shí)際采取合理的工序，對(duì)于各個(gè)工序在挖前、挖中、
挖后以及支護(hù)之后的測(cè)點(diǎn)位移對(duì)應(yīng)值要做好認(rèn)真記錄。
6)整理和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，從而總結(jié)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移存在
的相關(guān)規(guī)律。
對(duì)于模型隧道來(lái)說(shuō)，其長(zhǎng)為80 em，在試驗(yàn)的過程中有
8次開挖，每次都控制在10 em，將40 cm所在的平面作為目
的面。
2l5 模擬試驗(yàn)成果分析
試驗(yàn)中，中隔壁的模擬材料為招材板，支護(hù)的模擬材
料為石膏，每次開挖的尺度為10 em。模擬開挖示意如圖4
所示
目標(biāo)面
圖4 模擬開挖示意
拿測(cè) e'-212和274來(lái)看，前者是4層框架房屋的監(jiān)測(cè)
點(diǎn)，后者是4層磚混房屋的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化
曲線通過圖5可以看出，其位移有著類似的規(guī)律，都存在著
一定的空間效應(yīng)，但后者的位移值要大于前者，沉降值也
大了約1 mm。
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— 二 殲挖步數(shù)
圖5 4層框架和磚混房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表沉降變化曲線
拿測(cè)點(diǎn)215和218來(lái)看，前者是4層框架房屋的監(jiān)測(cè)
點(diǎn)，后者是2層框架房屋的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變化
曲線通過圖6可以看出，其位移有著類似的規(guī)律，都存在著
高度效應(yīng)，但前者的沉降值明顯大于后者，大約0．2 mm。
城市隧道下穿既有建筑的安全控制模擬試驗(yàn)研究
0 5 l0 l5 20 25 30 35 40 45 50 55 60 酗開挖步數(shù)
圖6 4層和2層框架房屋監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表沉降變化曲線
3 城市隧道下穿既有建筑的安全控制措施[5 】
由于本標(biāo)段路線需要下穿不少建筑物，且大都為框架
以及磚混的結(jié)構(gòu)，結(jié)合上述分析，為了在隧道開挖時(shí)保障
建筑物的相關(guān)安全，對(duì)其采用的安全控制措施如下：
1)結(jié)合建筑物實(shí)際及其周圍環(huán)境和隧道的埋深度，
進(jìn)行相關(guān)模擬推算，就隧道的不同位置采用主動(dòng)注漿加固
法(圖7)，從而對(duì)建筑物下面的天然松散土體及其周圍地
層進(jìn)行合理的加固。同時(shí)，加強(qiáng)管柱和土體間存在的摩擦
力，改良建筑物的相關(guān)基礎(chǔ)地層，從而為隧道的安全下穿
提供保障。
圖7 主動(dòng)注漿加固平面示意
置
2)結(jié)合建筑物實(shí)際及其周圍環(huán)境和隧道的埋深度，進(jìn)
行相關(guān)模擬推算，就隧道的不同位置采用跟蹤注漿加固法
(圖8)，從而對(duì)隧道開挖時(shí)伴隨的失水等引發(fā)的空隙進(jìn)行
相應(yīng)跟蹤監(jiān)測(cè)并及時(shí)注漿控制，進(jìn)而保障其安全的下穿。
采用此法加固的建筑物，要做好動(dòng)態(tài)的監(jiān)控與量測(cè)，如果
沉降超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要結(jié)合實(shí)際進(jìn)行相應(yīng)的跟蹤注漿加固。
圖8 跟蹤注漿加固平面示意
3)要結(jié)合工程的實(shí)際，建立健全的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，布
置合理位置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行全面的動(dòng)態(tài)測(cè)定，進(jìn)而依據(jù)信
息進(jìn)行相應(yīng)施工，同時(shí)結(jié)合監(jiān)測(cè)實(shí)際動(dòng)態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，
使得掌子面處于穩(wěn)定狀態(tài)，防止建筑物伴隨變形現(xiàn)象。
4)結(jié)合房屋的結(jié)構(gòu)以及其和隧道存在的位置聯(lián)系，制
定房屋的沉降量界限值與沉降差標(biāo)準(zhǔn)值以及安全的保障限
度。
5)對(duì)于隧道來(lái)說(shuō)，在不超過其開挖的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，那些基
礎(chǔ)不牢固的房屋，應(yīng)該從地面出發(fā)，向下布置豎向的袖閥
注漿管，也可以向下布置斜向的袖閥注漿管，做好地表注
漿工作，一般來(lái)說(shuō)，都是采用水泥漿充當(dāng)注射漿液。
6)結(jié)合監(jiān)測(cè)結(jié)果，如果房屋的沉降度較大基本到達(dá)警
戒界限時(shí)，應(yīng)該先停止隧道的開挖工作，結(jié)合實(shí)際，通過
地面向著基礎(chǔ)的下方進(jìn)行跟蹤注漿加固工作，一般采用水
泥漿充當(dāng)注射漿液。
4 結(jié)語(yǔ)
結(jié)合模擬試驗(yàn)，我們能夠推斷出，兩種結(jié)構(gòu)磚混與框
架基本存在類似的位移變化規(guī)律，同時(shí)都存在著一定的空
間效應(yīng)?；诹恐档慕嵌葋?lái)看，前者的位移值要大于后者
的位移值，這個(gè)結(jié)果基本雷同于數(shù)值的模擬分析。
綜上所述，在隧道施工的時(shí)候，要注重對(duì)其正上方的
房屋地基的注漿處理工作，并通過此項(xiàng)措施來(lái)控制房屋的
沉降。如果房屋在其開挖縱向影響范圍的20 m內(nèi)，則要進(jìn)
行相應(yīng)的地基加固工作。
對(duì)于那些地基條件不好、容易倒塌的房屋，要注意
對(duì)其上部結(jié)構(gòu)剛度的強(qiáng)化，從而提高墻體的抗倒塌度。與
此同時(shí)，在整個(gè)過程中，也不要放松對(duì)地基的相關(guān)處理工
作，對(duì)每個(gè)房屋的沉降控制，應(yīng)該結(jié)合國(guó)家規(guī)定的相關(guān)標(biāo)
準(zhǔn)認(rèn)真執(zhí)行。
◇◇ 參考文獻(xiàn)◇◇
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