近接建（构）筑物的地铁区间施工影响研究

[摘  要]：近接于建（构）筑物的地铁设计施工不当极易造成周边结构的变形，给既有结构的正常使用带来极大风险。文章依托昆明地铁7号线王筇路站—大塘子站区间，应用数值模拟的手段研究近接于建筑物的盾构区间施工对既有结构的影响，并考虑既有结构附加荷载的影响研究盾构结构的受力与变形，指导地铁区间设计施工。研究结果发现地铁7号线的施工对融创春风十里A9地块影响在可控范围内，地铁开挖施工不会对该地块地下室结构及楼体结构造成危害，无需增加阻隔措施。另由于A9地块楼体结构的附加荷载，对盾构区间影响较小，满足行车要求。

[关键词]：地铁; 盾构管片; 隧道建筑限界

U452.2+6A

随着城市地下空间的发展，越来越多的地铁施工近接于各种构建筑物，研究新建地铁区间对周边基坑、桩基等构建筑物的影响时亟需解决的工程实际问题[1]。

浅埋地铁施工一般在区间中心对应的地表位置造成的沉降最大，由正上方中线向周边逐渐减小[2]，习惯称该沉降曲线为“沉降槽”。Loganathan等[3]以工程实例为依托研究了隧道施工造成地层沉降的规律以及对周边建（构）筑物的影响。韩煊[4]收集了国内 8 个地区 30 多组隧道施工造成地表沉降的数据进行拟合分析，探讨了经验公式——“Peck 公式”在我国隧道施工地表沉降变形的适用性。朱才辉等[5]总结我国20多个城市地铁施工地表沉降数据，研究了隧道埋深与隧道半径、地质条件和施工方法对地表最大沉降量、沉降槽宽度和地层损失率的关系。张顶立等[6]从地层土、地层土的细观结构和地层环境3个方面研究了隧道施工造成地层变形的过程和变形机制，揭示了复杂地层的变形机制。仇文革[7]在总结了国内外相关研究成果的基础上将隧道近接施工分区按照影响由弱至强的顺序，将施工影响区域划分为“无影响区”“弱影响区”和“强影响区”

本文依托昆明地铁7号线王筇路站-大塘子站区间，该盾构区间近接于融创春风十里A9地块，最近水平距离7.4 m，通过数值模拟的手段研究地铁开挖卸荷对既有地下结构的影响，为设计施工提供指导。

1 依托工程概况

地铁7号线功能定位为昆明市城市快速轨道交通重要的填充线，连接高新区、南市区和经开区。线路起于五华区普吉村，止于经开区清水村，线路沿普吉路、京昆高速、科普路、海源路、运粮河、草海、广福路和呈黄快速路布设。

线路全长42.2 km，采用全地下线敷设，设车站30座，平均站间距1.435 km。全线设一段两场，在五华区水节箐设车辆段、在广卫和清水村设停车场。设主所3座，分别为福海主所（5、7号线共用），向化主所和倪家营主所（7、9号线共用）。

其中7号线王筇路站—大塘子站区间近接融创春风十里项目A9地块，区间采用盾构法施工，平面关系如图1所示。

A9地块为昆明融创春风十里项目的重要组成部分之一。位于大塘路及京昆高速所夹象限西南方向。A9地块用地红线平面不甚规则，近似平行四边形。用地红线进入规划7号线控制规划线范围。

2 近接关系

2.1 平面关系

昆明融创春风十里项目A9地块位于地铁7号线王笻路站—大塘子站区间中后部分（按里程由小至大），A9地块对应地铁7号线影响里程范围约为YAK3+261.525～YAK3+611.825，影响长度范围约为350.300 m。具体空间关系如下，平面关系如图2所示。

（1）地下室基础外边缘与地铁7号线区间隧道外边缘平面净距范围为7.4～8.6 m。

（2）高层建筑外边缘与地铁7号线区间隧道外边缘平面净距范围为26.9～66.6 m。

（3）商业配套外邊缘与地铁7号线区间隧道外边缘平面净距范围为81.9～90.3 m。

铁路与公路王腾： 近接建（构）筑物的地铁区间施工影响研究

2.2 剖面关系

地铁7号线王笻路站—大塘子站区间采用盾构法施工，盾构隧道内径5.5 m，外径6.2 m，幅宽1.2 m。区间纵坡按里程由小至大（王笻路站—大塘子站）为单向下坡，最大坡度为12‰，隧道顶部埋深亦按里程由小至大逐渐增大，地下室范围内隧道顶部埋深范围约为12.4 m～15.5 m。

A9地块基础原设计采用长螺旋灌注桩方案，高层建筑及纯地下室范围桩径均为0.5 m，高层建筑桩长30 m，纯地下室桩长20 m， 高层建筑筏板厚度1.2 m，纯地下室筏板厚度0.6 m。

（1）纯地下室底板位于地铁隧道管片外边缘上方，竖向距离为7.4～9.3 m，基础桩桩底位于地铁隧道管片外边缘底部下方4.5～6.4 m。

（2）高层建筑底板位于地铁隧道管片外边缘上方，竖向距离约为9.2 m，基础桩桩底位于地铁隧道管片外边缘底部下方约14.6 m。

通过上述描述将最不利（距离最近）断面如图3所示。

3 施工影响数值分析

3.1 数值计算模型

本次计算采用大型通用有限元分析软件，通过建立二维模型（纵向长度1 m，前后面固定的平面应变分析），分析7号线施工对融创春风十里A9地块最北端（地铁线路埋深最浅，距离楼体结构最近）的影响。

结合区间隧道的空间尺寸，为避免尺寸效应对计算结果的不利影响，拟定模型X方向（东西方向）取100 m，Z方向（深度方向）按实际地质情况取60 m，Y方向取单位长度1 m。土体采用实体单元模拟，盾构管片、地下室结构、楼体、底板以及桩分别采用2D板单元、壳单元模拟，采用四面体网格，能够得到较好的计算结果。土体采用基于莫尔库伦准则的弹塑性本构模型，混凝土结构采用弹性本构模型，据实开展相关计算工作。模型如图4所示，数值计算模型结构构件尺寸及物理力学参数如表1所示，围岩物理力学参数如表2所示。

3.2 数值模拟步骤

由于本计算主要分析盾构区间施工对楼体及桩基的影响，因此设定施工步骤如下：初始应力平衡—既有楼体基坑开挖，桩基、底板施工—地下室结构施工、回填—7号线右线隧道开挖（围岩释放率20%）—7号线右线隧道管片（围岩释放率80%）—7号线左线隧道开挖（围岩释放率20%）—7号线左线隧道管片（围岩释放率80%）。

3.3 影响结果与分析

由于篇幅原因，典型计算云图（既有结构位移）如图5所示。将各个工况数值计算结果，绘制位移变化见图6，内力变化如图7所示。

7号线区间隧道开挖对既有楼体结构的影响：

（1）地下室结构（A-A断面）有上抬的趋势，结构最大上抬3.15 mm，最大位移位于地下室最东侧，靠近7号线右线区间一侧;楼体结构（C-C断面）有上抬的趋势，结构最大上抬3.22 mm，最大位移位于楼体最东侧，靠近7号线右线区间一侧。

（2）地下室结构（A-A断面）将发生水平向变形，具体为地下室结构及桩基靠近7号线一侧发生向东（7号线区间方向）侧变形，东侧桩基下部发生向西（背离7号线区间方向）侧变形，最大变形1.18 mm;楼体结构（C-C断面）将发生水平向变形，具体为地下室结构及桩基靠近7号线一侧发生向東（7号线区间方向）侧变形，楼体结构高楼层部分发生向西一侧变形，最大变形1.66 mm。

（3）地下室结构（A-A断面）内力变化在7号线施工过程中内力变化幅度较小，正弯矩最大变化量约为0.11%，最大变化量在倒数第二个工况达到。负弯矩最大变化量约为0.19%，最大变化量在最后一个工况达到;楼体结构（C-C断面）内力变化在7号线施工过程中内力变化幅度较小，正弯矩最大变化量约为0.1%，负弯矩最大变化量约为0.46%，最大变化量均在最后一个工况达到。

办公楼的存在对于盾构管片结构相当于左侧增加了竖向荷载，取最不利工况及C-C断面，盾构管片变形如图8所示，管片弯矩如图9所示。

管片结构竖向变形最大3.33 mm，水平最大正向变形2.7 mm，水平最大负向变形2.5 mm，可见由于桩基的存在，楼体附加荷载对管片不均匀影响较小，竖向变形为地铁结构的初始变形，可通过后续轨道铺设调整高差，不影响行车安全。结构最大轴力为460 kN（受压），结构最大弯矩45 kN·m，结构最大剪力25.6 kN，均满足结构的强度要求。通过位移及受力的分析，楼体附加荷载对管片结构的安全性无影响。

4 结论

地铁7号线的施工对融创春风十里A9地块项目有一定影响，均在可控范围内，地铁开挖施工不对该地块地下室结构及楼体结构造成危害，无需增加阻隔措施。另由于A9地块楼体结构的附加荷载，对盾构区间影响较小，满足行车要求。

参考文献

[1] 程光华，王睿，赵牧华，等.国内城市地下空间开发利用现状与发展趋势[J].地学前缘，2019，26（3）：39-47.

[2] Peck R. B. Deep excavations and tunnelling in soft ground[A]. Proceedings of 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering[C]. Mexico City： State of the Art Report， 1969： 225-290.

[3] Loganathan N.， Poulos H. G. Analytical prediction for tunnelling-induced ground movements in clays[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering， 1998， 124（9）： 846-856.

[4] 韩煊， 李宁， J. R. Standing. Peck公式在我国隧道施工地面变形预测中的适用性分析[J]. 岩土力学， 2007， 28（1）： 23-28， 35.

[5] 朱才辉， 李宁. 隧道施工诱发地表沉降估算方法及其规律分析[J]. 岩土力学，2016， 37（S2）： 532-542.

[6] 张顶立， 李倩倩， 房倩， 等. 隧道施工影响下城市复杂地层的变形机制及预测方法[J]. 岩石力学与工程学报， 2014， 33（12）： 2504-2516.

[7] 仇文革. 地下工程近接施工力学原理与对策的研究[D]. 成都： 西南交通大学，2003.