近接地下隧道施工对相邻建筑物影响的研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：牛牟（1992），男，汉族，重庆人，硕士，中机中联工程有限公司，设计师，研究方向为岩土工程。-164-近接地下隧道施工对相邻建筑物影响的研究 牛 牟 洪兆远 中机中联工程有限公司，重庆 400000 摘要：摘要：重庆高新区新森大道隧道段与轻轨 7 号线正线区间和出入线近接，两者最小水平距离为 0m，最小垂直距离为 4.966m。运用有限元软件，对不同施工时序下 3 座隧道的地表沉降以及围岩位移等进行了计算分析。研究结果表明:（1）施工时序对道路隧道及轨道建设影响小，后修隧道依然具有作业空间及及建设条件。（2）针对 7 号线出入线下穿本项目白鹭塬隧道段，出入线可适当采取加强措施或改变工法等方法，避免对新森大道隧道造成不利影响。关键词：关键词：有限元；施工时序；近接 中图分类号：中图分类号：U45 1 前景概述 成渝地区双城经济圈已成为中国西部地区协同发展的亮点。主城区向西推进，重庆与成都两大城市在区域协同发展中发挥着关键作用。与此同时，重庆市政府提出了规划和建设重庆科学城的雄心壮志。这个科学城，位于主城西部槽谷，涵盖了高新区直管园和周边四大片区的发展。它被构想为一个以高新技术和知识经济为核心的智慧城市，其中的“一核两区”概念为城市发展提供了强大引擎。该城市将是重庆市的智慧中心，拥有丰富的科创资源，包括高校、实验室以及研发机构。这个城市的建设对于成渝城市群的协同发展至关重要，它为该地区带来了新的机遇和挑战。在这一背景下，我们将关注新森大道项目，这是连接科学城各区域的关键基础设施。新森大道的建设将有助于促进城市之间的联系，提高交通效率，推动科学城的高质量发展。该项目的规划和实施是为了满足成渝城市群联动协调发展的需求，并为科学城的未来发展提供强大支持。地下隧道施工作为城市基础设施建设的重要组成部分，近年来得到了广泛的发展和应用。然而，随着城市空间的逐渐拥挤，许多隧道工程都不可避免地需要在接近相邻建筑物的位置进行施工，这引发了人们对施工对相邻建筑物可能产生的不利影响的担忧。本研究旨在深入探讨近接地下隧道施工对相邻建筑物的影响，并为减轻这些影响提供有力的科学依据。图 1 项目平面图 图 2 典型剖面图 2 地下隧道施工原理与方法 2.1 隧道设计与施工理论发展 地质勘察与地质模型：隧道工程的成功与否在很大程度上依赖于对地质条件的准确了解。研究者们致中国科技期刊数据库 工业 A-165-力于开发更精确的地质勘察方法，以创建准确的地质模型，为隧道设计和施工提供更好的依据。机械化与自动化施工：随着技术的进步，机械化和自动化施工方法得以广泛应用，提高了隧道施工的效率和安全性。这包括使用隧道掘进机、液压钻机和自动化控制系统等新技术。2.2 地下空间利用与规划 地下城市发展：随着城市人口的增加，对地下空间的需求也在增加。研究者们探讨了如何在地下建设地铁、地下商场、停车设施等，以提高城市的可持续性和利用率。2.3 地下水和环境保护 地下水管理：隧道施工可能对地下水系统产生影响，因此研究者们研究了地下水管理技术，以减少对周边环境的不利影响。2.4 岩土工程与隧道结构设计 岩土工程：研究者们不断改进岩土工程技术，以提高隧道的稳定性和安全性。这包括地下开挖工程、支护结构设计等。2.5 数值模拟和仿真 数值模拟：随着计算能力的提高，数值模拟和仿真成为了隧道工程研究的重要工具。这可以用于模拟隧道施工过程、地质条件、结构行为等，以指导设计和决策。在模型建立方面，可以采用有限元分析、弹性体理论等方法来构建相应的数学模型。这些模型可以考虑土体与结构之间的相互作用，精确描述地下隧道施工引起的变形与力学响应。同时，在选择适当的参数时，需要充分考虑不同土层特性、支护措施的影响以及相邻建筑物的结构特点等因素。综上所述，近接地下隧道施工对相邻建筑物影响的研究具有重要意义。通过深入探索评估方法和模型建立，可以为城市规划和地下工程设计提供科学依据，确保地下隧道施工过程中对相邻建筑物的影响控制在合理范围内，保证城市交通发展与建设的可持续性。2.6 可持续性与生态保护：可持续性：隧道工程的可持续性问题受到越来越多的关注，研究者们寻求减少对自然环境的干扰，优化能源使用，减少废弃物产生。2.7 隧道安全与监测 隧道安全：隧道的安全性和监测系统得到了改进，以提高隧道使用期间的安全性。这包括火灾安全、气体监测、紧急撤离计划等方面的研究。总之，隧道工程领域的研究理论与实际发展在多个方面取得了显著进展，这些进展对于城市交通、地下空间利用、环境保护和可持续发展都具有重要意义。随着技术的不断发展和应用，我们可以期待更多创新的出现，以进一步提高隧道工程的效率和可持续性。2.8 研究的目的与意义 本研究的主要目的是探究近接地下隧道施工对相邻建筑物的影响，并分析其对建筑物结构、地基稳定性以及周围环境的潜在影响。具体而言，我们将重点研究以下几个方面：分析地下隧道施工对相邻建筑物结构的影响，包括振动、沉降、变形等方面的变化情况。研究地下隧道施工对相邻建筑物地基稳定性的影响，探讨可能引起的地基沉降、土体侧向位移等问题。考察地下隧道施工对周围环境的影响，包括噪音、震动、尘土扬尘等方面的变化情况。本研究的意义在于为城市地下空间开发和地下隧道施工提供科学依据和技术支持，以确保施工过程中相邻建筑物的安全和稳定。具体而言，本研究的意义体现在以下几个方面：为地下隧道施工设计和施工过程中的风险评估提供参考，帮助工程师和设计师更好地预测和控制施工对相邻建筑物的影响。提供相邻建筑物的保护措施和应对策略，以减轻施工对建筑物结构和地基稳定性的不利影响。为城市规划和土地利用提供科学依据，以合理规划地下空间开发，避免施工对周围环境的负面影响。综上所述，本研究将通过深入研究近接地下隧道施工对相邻建筑物的影响，为地下空间开发和地下隧道施工提供科学依据和技术支持，以确保施工过程中相邻建筑物的安全和稳定。3 相邻建筑物与地下隧道之间的相互作用机制分析 中国科技期刊数据库 工业 A-166-3.1 参考标准 轨道 7 号线区间正线、出入段、轨道 26 号线和都市快轨主城至永川线本段采用隧道结构，依据现行行业标准城市轨道交通结构检测监测技术标准（DBJ150/T-271-2017）中的相关规定附录 A.0.1-1对接近程度进行判定；依据 城市轨道交通结构检测监测技术标准（DBJ150/T-271-2017）中的相关规定附录 A.0.2-2 对工程影响分区进行判定；依据 城市轨 道 交 通 结 构 检 测 监 测 技 术 标 准（DBJ150/T-271-2017）中的表 3.2.1 对工程外部作业影响等级进行判定。根据 1.3.2 节建设时序可知，轨道 7 号线正线区间、轨道 7 号线出入线、轨道 7 号线白市驿车辆段、轨道 26 号线和都市快轨主城至永川线为规划线路，本项目先期实施，轨道后期下穿。本项目建设及投入使用可能对后期轨道存在以下影响：（1）项目实施及投入使用，是否会改变轨道的设计条件；（2）项目实施及投入使用，是否会改变轨道的施工工艺。根据根据对本项目外部作业进行风险判定后：拟建项目建设对轨道交通 7 号线正线的影响等级为特级；拟建项目建设对轨道交通 7 号线出入线的影响等级为特级；拟建项目建设对轨道交通 7 号线车辆段的影响等级为二级；拟建项目建设对轨道交通 26 号线（方案一）的影响等级为四级；拟建项目建设对轨道交通 26 号线（方案二）的影响等级为四级；拟建项目建设对轨道交通 26 号线（方案三）的影响等级为四级；拟建项目建设对轨道交通 26 号线（方案四）的影响等级为特级；拟建项目建设对都市快轨主城至永川线的影响等级为四级。3.2 理论定性分析（1）轨道 7 号线区间正线风险源分析 根据铁路隧道设计规范5.1.6 节、附录 D，塌落拱高度计算：h=0.452s-1w w=1+i（B-5）轨道断面宽度 6.6m，计算出隧道塌落拱高度为4.176m，深浅埋分界高度为 10.44m。新森大道白鹭塬隧道与轨道区间正线最小竖向距离为 14.155m，该距离未突破隧道深浅埋分界线，因此拟建项目建设并不会对轨道结构增加附加荷载，不会改变轨道 7 号线受力状态，两结构相互影响较小.（2）轨道 7 号线出入线风险源分析 轨道断面宽度 7.0m，计算出隧道塌落拱高度为4.32m，深浅埋分界高度为 10.80m。新森大道白鹭塬隧道与轨道出入线最小竖向距离为 4.966m，该距离突破轨道深浅埋分界线 10.80m，因此会有上部荷载传递至轨道结构上方，需进一步通过定量分析判断。轨道 7 号线出入线埋深较深，白鹭塬隧道结构与轨道结构最小净距保证 3m 以上，确保轨道初期支护的作业空间。由于部分荷载将传递至轨道 7 号线出入线结构上，轨道可能会增加部分加强措施或改变轨道施工工法，增加轨道建设造价，但因为轨道走向与白鹭塬隧道走向呈 83左右夹角，结构净距逐渐变大，轨道受影响段约 40 米，影响范围较小。故当本项目建设及投入使用后，轨道出入线采取加强措施或改变工法后，轨道后期依然具有作业空间及施工条件。（3）轨道 26 号线（方案四）风险源分析 轨道断面宽度 20.86m，计算出隧道塌落拱高度为 9.31m，深浅埋分界高度为 23.28m。新森大道白鹭塬隧道与轨道 26 号线（方案四）最小竖向距离为 26.289m，该距离未突破隧道深浅埋分界线，因此拟建项目建设并不会对轨道结构增加附加荷载，不会改变轨道 26 号线（方案四）受力状态，两结构相互影响较小。3.3 案例分析 为了准确评估近接地下隧道施工对相邻建筑物的影响，需要建立科学合理的评估方法和模型。评估方法包括实测监测、数值模拟和经验公式等多种手段的综合应用。实测监测是通过在施工过程中对相邻建筑物进行振动、沉降、位移等参数的实时监测，以获取真实数据并分析其变化趋势。数值模拟则是利用计算机软件对地下隧道施工过程进行仿真，预测并分析其对相邻建筑物的影响。而经验公式则是基于历史数据和经验总结得出的简化计算公式，可快速评估施工引起的影响程度。（1）有限元模型定量分析 采用有限元软件 Midas 进行模拟分析：在模拟分析时，新森大道隧道按最不利情况（全中国科技期刊数据库 工业 A-167-断面开挖）进行考虑，模型左侧、右侧、下部边界与隧道结构净距按 23D 进行考虑，采用法向位移约束。由于轨道与本项目的实施顺序存在一定的不可控性，本次模拟考虑两类情况，即情况一：轨道先实施、新森大道隧道后实施；情况二：新森大道隧道先实施、轨道后实施。同时轨道 26 号线四个方案均位于轨道7 号线下方，本次建模暂不模拟轨道 26 号线。本次模拟考虑施工时序：情况一：下穿道施工轨道结构施工新森大道隧道施工；情况二：下穿道施工新森大道隧道施工轨道结构施工，计算模型与岩层条件如下所示。图 3 模型单元网格图 图 4 隧道开挖位移云图（2）围岩及轨道结构相互影响的分析 根据数值模拟结果，可知情况一较情况二不利，情况一轨道结构最大位移为 3.90mm，情况二轨道结构最大位移为 3.79mm。由于计算结果较多，此处仅对最为显著的竖向位移结果进行分析，隧道开挖支护过程中，围岩竖向位移分布变化情况如下。围岩竖向位移随开挖进程的深入不断增大。隧道开挖支护完成后，围岩最大竖向位移为+5.20mm/-9.23mm，分别位于新森大道隧道仰拱以及隧道拱顶部位，轨道结构（7 号线和出入线）的最大竖向位移为+3.90mm/-2.87mm，均小于 10mm，分别位于轨道出入线隧道拱顶及仰拱部位，轨道结构变形量满足规范要求。施工过程，围岩及轨道结构的变形量较小。综上所述，项目建设不影响轨道 7 号线正线及出入线后期的实施，安全风险较小。图 5 围岩及轨道结构相互影响的分析 4 保护措施与结论 4.1 结论 由上述定性、定量分析可以得出以下结论：（1）除轨道 7 号线出入线建设条件还需进一步定量分析判断外，通过以上定性分析初步判断，本项目建设及投入使用，对轨道结构影响较小，后期轨道依然具有作业空间及建设条件，本项目建设及投入使用，对轨道影响较小，后期轨道依然具有作业空间及建设条件；（2）针对 7 号线出入线下穿本项目白鹭塬隧道段，出入线可适当采取加强措施或改变工法等方法，避免对白鹭塬隧道造成不利影响。4.2 设计阶段考虑措施（1）优化方案布置，使新建结构尽量远离轨道结构，以降低对轨道结构的不利影响。（2）轨道交通控制保护区范围内的隧道段，应采用对地层扰动较小的施工工艺，保证围岩完整性。（3）选择合理的结构形式，传力简单明确，不对轨道结构造成不利影响。中国科技期刊数据库 工业 A-168-（4）结构设计时必须严格控制变形量，隧道沉降及水平变形值都应满足轨道控制要求，结构做法应与轨道保护相适应。（5）加强与轨道部门对接，及时更新轨道资料，并作为本项目的控制条件，为轨道 7 号线、轨道 26号线和都市快轨主城至永川线的顺利实施预留条件。4.3 施工阶段考虑措施 项目实施前，施工单位应对轨道保护范围线内的项目工程编制详细施工组织计划，并上报重庆市轨道交通建设办公室审批，经轨道主管部门同意后，方可施工。拟建项目轨道保护范围内的开挖均采用机械开挖，严禁爆破开挖。地表应设置合理截、排水沟，将地表水和施工废水引出轨道保护区范围以外，应对钻孔实施及时、有效的封闭，避免大量渗水影响围岩稳定。加强施工管理，接受管理部门监督。在做好充分的人力、物力准备外，在规定的时间向轨道集团提报施工方案，明确工程项目、工程数量、施工地点、影响范围、施工时间。接受安全监督部门的的监督检查，不得擅自改变施工方案，严禁超范围作业。参考文献 1蒯行成,潘兴,杨海朋.施工顺序对双联拱隧道围岩和支护结构力学行为的影响J.中南公路工程,2006,31(6):69-72.2A.Haack Political and social aspects of present 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