城市地下工程施工对邻近建构筑物影响及其控制

城市地下工程施工对邻近建构筑物影响及其控制摘要：城市地下工程施工不可避免地扰动地层，引起周边建筑物沉降，进而影响建筑物的安全和正常使用。本文结合深圳地铁西丽站～大学城站区间，分析了矿山法施工及盾构施工对周边建筑物产生的影响，研究结果可为隧道后续施工和其他类似城市隧道、地铁等穿越工程提供一定的借鉴和参考。关键词：城市地下工程，周边建筑，影响，控制随着国家城市化进程步伐的加快，城市人口急剧膨胀，城区土地资源变得十分紧缺，开发利用城市地下空间已成为城市现代化进程中的必然趋势。地铁作为地下空间开发利用的重要一环，是解决城市道路交通问题的一种有效手段，地铁路线一般布置在城市的繁华区段，附近建筑物密集，地铁隧道的开挖会引起地层移动和地表下沉，如果不加保护周边既有建筑物可能会发生过量变形甚至破裂，严重时还将影响到相关人员的生命安全，从而产生非常恶劣的社会影响。国内外在对地铁施工对建筑物的影响评估时有不少文献资料对地铁施工对建筑物的影晌以及对建筑物采取的保护措施进行了描述。地表建筑物密集等工程建设周边环境复杂，地层变形控制要求严格是其普遍特点。建筑物是一个地基基础与上部结构密切作用的整体，在不同地质条件下，其变形敏感性各不相同，变形破坏机制复杂。地铁施工风险性大，这种风险处理不当极易出现安全事故。2008年11月l5日杭州地铁事故给我们敲响了警钟，近年来影响比较大的有以下几起。(1)2005年11月30日，位于北京市朝阳区熊猫环岛的地铁10号线22标段发生坍塌事故，至少400m范围的基坑塌陷10m多深。事故造成一根直径1．4m的自来水管悬空，一根直径60cm的水管断裂，一辆翻斗车被埋入土中。此次事故没有造成人员伤亡。(2)2006年1月3日，北京东三环路京广桥东南角辅路污水管线发生漏水事故，污水灌入地铁lO号线施工区间段，导致三环路南向北方向部分主辅路塌陷，幸未造成人员伤亡。(3)2007年3月28日发生的北京地铁lO号线苏州街站因地质突变引发塌方并造成6人死亡。(4)2009年3月5日深圳地铁3号线红岭至老街区间，因下水管道破裂突发地陷，附近居民紧急撤离，未造成人员伤亡。(5)2010年7月14日北京地铁M15号线顺义站，车站深基坑钢支撑脱落，造成两人死亡、八人轻伤。上述事故体现了地铁施工的复杂性，同时也反应了风险控制的重要性。几十年来，地铁建设飞速发展，关于隧道诱发的建筑损害评价也从早期的经验观测和统计进入了综合化与系统化的阶段，由简单的结构力学计算转变为考虑耦合分析的有限单元及有限差分等数值方法，为岩土环境问题提供了许多可行的、可借鉴的方法。本文结合深圳地铁西丽站～大学城站区间施工引起的周边建筑物变形为对象展开讨论。一、工程概况1整体概况深圳地铁5号线工程西丽～大学城区间设计起点里程为右线CK11+489.375、设计终点里程为右线CK12+425.714，区间右线长936.339m。区间共设置1个联络通道，1个永久风井，两个盾构井（为分离式盾构吊出井，兼做矿山法施工竖井）。其中区间风井风道中心里程为DK11+569.099。区间在右线里程CK11+539.500处设区间活塞风道及风井；右线中心里程CK11+892.500处设置区间3号盾构吊出井及区间人防段；左线中心里程CK11+921.804处设置区间2号盾构吊出井及区间人防段，右线中心里程CK11+892.500处设置联络通道及废水泵房。2工程地质及水文地质概况本区间沿留仙大道敷设，西起西丽站东侧，由于西丽站为侧式车站，区间从车站东端出来后由双连拱隧道过渡到分离单洞隧道，在大沙河段左线隧道沿桥桩北侧下穿而过，右线隧道在大沙河南北两幅桥桩中间下穿，之后到达大学城站西侧端墙。区间地形较为平坦，高程13.2～14.1m。沿线周边主要建筑为天虹商场、南国丽城、丽苑阁、众泰楼等商业楼和住宅楼。区间下穿周边市政管线众多，在西丽到大沙河之间下穿8.4*1.6m的大型雨水沟等。拟建区间场地范围内上覆第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、冲洪积层(Q4al+pl)、上更新统坡积层（Q3dl），残积层（Qel），下伏加里东期混合花岗岩（Mγ3）及震旦系花岗片麻岩(Z)。地下水按赋存条件主要分为孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存在第四系素填土、砂层、残积层和全风化花岗岩中，砂层地下水略具承压性。基岩裂隙水主要赋存在花岗岩强风化层～中等风化层中，略具承压性。地下水总的径流方向为由北东向南西。地下水的排泄途径主要是蒸发。主要补给来源为大气降水。二、地下工程对邻近建筑物的影响伴随着地铁的大量兴建，随之而来也产生了一些工程技术问题，其中之一就是地铁施工带来的地层沉降及其对地表结构物稳定性的影响。地铁工程处于人口密集、建筑设施密布的城市中，岩土开挖不可避免地产生对岩土体的扰动，并引起洞室周围地表发生位移和变形。当位移和变形超过一定的限度时，势必危及地面建筑设施、道路和地下管线的安全。沉降对于房屋结构的影响，概括说来可分为三点：一是对于房屋上部结构的损害和影响，例如地下砼6天虹商场7/15号线站台140mx12m7/15号线站台140mx12m占地1030平方米开挖造成的不均匀沉降会在结构内部产生次生内力以及不规则的变形，小到开裂，大到失稳倒塌；二是对基础的损害影响，地下开挖导致地表的变形不仅仅是沉降，还同时作用有水平拉压应变，较大拉应变有时会对结构产生破坏性作用；三是沉降的产生减少了地基承载能力。1西大区间永久风井1.1西大区间永久风井概况西大区间永久风井位于留仙大道北侧与天虹商场之间的人行道上，紧贴留仙大道红线布置，距离天虹商场11.7m，天虹商场为6层框架结构，外墙为玻璃帷幕，对地面沉降敏感，在其前面的场地围蔽和天虹商场之间设置回灌井占用场地难以协调。见图1。图1西大区间风井风道平面位置示意图施工占用场地主要在政府用地范围内，风井位置地下管线较多。见表1。西大区间风井地下管线统计表表1序号管线名称规格（mm）数量埋深（m）备注1污水砼管φ3001根12雨水砼管φ3001根1.23上水铸铁管φ2001根0.84污水砼管φ5001根4.65燃气φ200，PE，调绘11.46路灯线380V，铜1根0.37电信34孔，铜20根0.88路灯线380V，铜1根0.59电力10kV，铜1根0.610电信12孔，铜2根0.811电力10kV，铜1根0.612污水砼管φ4001根3.613上水铸铁管φ8001根1.614电力1200×1200，铜10根0.61.2施工工艺与方案1）旋喷桩施工由补勘钻孔揭示风井在深度7.0～11.5m范围为砂层地段，砂层厚度为4.5m。于场地围蔽和天虹商场之间设置回灌井难以进行，且该处人行非常的多，天虹商场业主极力反对，难以协调；另根据同深区间3#井和4#井施工过程中过砂层情况较难的情况，经过研究确定方案为：在原设计方案采用小导管注浆加固的基础上，增设双排φ600单管旋喷桩止水帷幕，设置在风井周边，旋喷桩间距450mm，咬合150mm，深度进入粘性土层1m。在风井周边加设旋喷桩止水帷幕方案见图8,共需要增设189根旋喷桩。2）锁口圈施工施工前需人工开挖1.5-2m的管线探沟，开挖以机械与人工相配合，严格按设计图纸尺寸并考虑模板所需的放大量进行开挖，严禁超挖。机械开挖后由人工修辐，并清除虚土、孤石等。管线探沟超挖部分采用C15片石混凝土回填。钢筋采用预加工，现场绑扎，保护层厚度为40mm，绑扎钢筋同时预埋格栅纵向Ф22连接钢筋（水平间距1.0m，锚入基坑底长度不得小于30cm）。钢筋采用搭接、绑条电弧焊或其他连接方法，钢筋绑扎按自下而上顺序绑扎，在适当的位置增设固定点或加设支撑。箍筋位置垂直主筋，钢筋绑扎牢固稳定、不得变形松脱和开焊。主筋绑或者垫混凝土垫块以确保保护层。锁口圈外侧以及底模均采用厚10cm、M10水泥砂浆，风井内侧采用木模，采用φ42的无缝钢管架支撑模板，间距0.6x0.6m，两圆弧边模用Φ25钢筋预弯至设计弧度后通长连接模板，用螺栓及扣件在钢管架上扣紧，以加固模板。风井北侧预埋人行步梯I25a工字钢，风井西南侧预埋施工风水电管接入口，风管不小于Φ200，水管不小于Φ150，电缆管不小于Φ100。左右线每个锁口圈南北侧各预埋井架基础2个。风井衬砌采用C30钢筋混凝土，抗渗等级为S10，采用商品混凝土。混凝土采用搅拌运输车运输，搅拌机出料后到运至浇筑地点浇筑完毕的允许最长时间，不得超过规定值。混凝土浇筑前，对模板、支架、钢筋和预埋件进行检查，符合要求后方能浇筑。同时应清除模板内的垃圾、泥土和钢筋上的油污等杂物。混凝土自高处倾落的自由倾落高度，即从料斗、串筒、溜槽等卸料口倾落入模的高度，不得超过2.0m。混凝土四周均匀分层连续浇筑，因故必须间歇时，其允许间歇时间应为初凝时间。超过允许间歇时间时应按施工缝处理。当采用插入式振捣时，混凝土浇筑层厚度应不大于振捣器作用部分长度的1.25倍；每一振点的振捣延续时间，应将混凝土捣实至表面呈现浮浆和不再沉落为止；且移动间距不大于作用半径的1.5倍；插入振捣器应尽量避免碰撞钢筋，更不得放在钢筋上；振捣机头开始转动以后方可插入混凝土内，振完后应徐徐提出，不能过快或停转后再拔出来；振捣靠近模板时，机头须与模板保持5～10cm距离。混凝土浇筑完后，应在12h内加以覆盖浇水。混凝土养护时间不小于14天。养护用水的质量与拌制混凝土相同。每天浇水次数，以能保持混凝土表面经常处于湿润状态为宜。3）井架设计及加工安装井架是由立柱、纵梁、横梁、电葫芦、电气系统等部分组成，井架最大起重质量20吨，操作时须注意不要超出其最大起重质量。4）风井开挖支护素土层、粘土层、全风化土层风井采用小型挖掘机以及人工修边开挖，强、中风化花岗岩层先经过爆破后采用人工修边开挖，风井开挖由上而下全断面施工，碴土装入吊斗，由电动葫芦垂直提升吊斗至井口，经提升架倒入临时弃碴场暂存。每开挖循环进尺为一榀钢格栅间距（素土层、粘土层、全风化土层格栅间距为0.5m一榀，加强段为0.35一榀），每一个循环开挖结束后，及时进行初喷砼封闭开挖面，然后挂网、架立格栅钢架以及临时钢支撑、锚管施工注浆，复喷砼到设计厚度。进入下一循环施工，依次至风井底部标高，风井底部采用格栅钢架封底，间距为0.5m，另在风井开挖至风道拱部设计标高时，在风道拱部打入双排小导管超前支护并注浆。1.3风井施工对马头门的加固在风井开挖支护到马头门位置时，严格按照设计方案来施工，连接洞口采用双排拱部打入双排小导管超前支护。在风井施工完二衬后，开始施工马头门。小导管采用φ42,壁厚3.5mm,长2.5m，环向间距0.2，排距0.2m，施工通道钢格栅自井身开洞处立起，并加钢筋与被割断的风井水平钢格栅焊接成整体，开洞前两榀格栅密排。风井开洞设600×1000加强环梁。1.4风道下穿雨水箱涵处理措施1）风道与雨水箱涵位置关系在西大区间隧道线路上方有一雨水箱涵，内净空尺寸8000×1600，雨水管线底部距风道最高点结构顶约为5.0m。2）风道下穿雨水箱涵处理措施风道下穿雨水箱涵段采用打设大管棚和小导管深孔注浆联合支护。大管棚采用φ108，壁厚5mm的无缝钢管，长47.0m，共打设1环，环向间距每米3根。钢管内设由4根φ16螺纹钢筋和固定环组成的钢筋笼，固定环采用外径φ32mm，壁厚8mm，长60mm的短管环，短管间距1.0m。见图45。钢管内注水泥砂浆，注浆压力采用0.6~1.5Mpa。深孔注浆加固范围为导洞开挖轮廓线外3.0m，注浆孔布置由工作面向开挖方向呈辐射状，钻孔布置成圆，浆液扩散半径1.5m，开孔直径φ89。注浆材料为水泥-水玻璃双液浆，浆液浓度初步确定为C:S=1:(0.6～1.0)(体积比)，水泥浆水灰比0.8:1～1:1,水玻璃模数2.6～2.8，水玻璃浓度30～40Be。注浆压力为0.3～2.0Mpa，注浆时根据实际效果进行调整。单孔注浆压力达到设计终压并持续注浆10min以上即可结束本孔注浆。风道下穿管线段，需要加密测点，加强监控量测，出现异常情况及时停止开挖并采取相关有效措施。3）大管棚施工①施工管棚工作室本工程大管棚