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城市地铁隧道盾构施工过程中对周围土体的扰动造成地层位移变形,作用于建筑物基础会产生附加内力和变形,进而导致建筑物不均匀沉降、倾斜或结构破坏。因此,研究盾构施工对周围土体及建筑物的扰动机理,提出适用的控制措施有着重要的工程价值。本文主要通过理论分析法研究了地铁隧道近接建筑物盾构施工扰动效应,并以太原地铁二号线双-大区间盾构隧道近距离侧穿多栋建筑物为工程背景结合实际工况运用数值模拟的方法,研究了盾构侧穿不同基础形式建筑物时周围土体及建筑物的扰动规律,并对控制措施进行了比选和优化设计。
结合本区间实际工况建立模型,将建筑物根据其基础类型划分为浅基础建筑物和深基础建筑物两类,分别取筏板基础和桩筏基础为代表进行了数值模拟分析。研究了侧穿间距、覆土厚度、桩基长度对扰动效应的影响规律,结果表明:
(1)盾构侧穿筏板基础建筑物时,建筑物整体沉降量和倾斜率随着侧穿间距的增大逐渐减小,由于本区间土体中厚杂填土层不良的工程性质加剧了土体和建筑物的扰动效应,开挖卸荷造成上覆土体沉降量剧增。随着上覆土层厚度的不断增大,土体沉降加剧,建筑物倾斜率逐渐增大,盾构施工的影响范围在不断扩大,由最小的一倍隧道外径逐渐增大到约三倍外径。
(2)盾构侧穿桩筏基础建筑物当桩筏基础桩体长度不同时基础受到扰动影响后其位移变形规律差别较大,但都没有破坏桩筏基础的稳定性,且在施工扰动影响下,建筑物的沉降量和倾斜率都在规范要求内,而在地表沉降量和桩体位移量上,三中工况相比长桩基础最大。隧道盾构侧穿长桩基础建筑物,随着建筑物与隧道水平间距的不断增大,建筑物整体水平方向的倾斜率增大但增大幅度较小,最大倾斜率仍然在规范要求之内,隧道上覆土体受到建筑物自重的影响逐渐减小,土体沉降减小;覆土厚度不断增大的过程中建筑物倾斜率在0.5‰左右变化,地表沉降逐渐增大,其中隧道与建筑物之间的土体沉降量增大明显。
(3)对比选取双-大区间侧穿筏板基础建筑物工况为研究对象,分析了控制措施中调整盾构参数法和隔断法,研究认为单独调整盾构参数不能达到加固保护该区间临近建筑物的目的。在研究隔断法时取隔离桩法进行了分析,运用正交试验法对隔离桩的布设位置、桩体长度和桩间距三个因素进行分析,得出各因素对基础最大沉降值和倾斜率两项指标的影响程度,并对隔离桩参数进行了优化设计,分析了隔离桩对土体的加固效果。
结合本区间实际工况建立模型,将建筑物根据其基础类型划分为浅基础建筑物和深基础建筑物两类,分别取筏板基础和桩筏基础为代表进行了数值模拟分析。研究了侧穿间距、覆土厚度、桩基长度对扰动效应的影响规律,结果表明:
(1)盾构侧穿筏板基础建筑物时,建筑物整体沉降量和倾斜率随着侧穿间距的增大逐渐减小,由于本区间土体中厚杂填土层不良的工程性质加剧了土体和建筑物的扰动效应,开挖卸荷造成上覆土体沉降量剧增。随着上覆土层厚度的不断增大,土体沉降加剧,建筑物倾斜率逐渐增大,盾构施工的影响范围在不断扩大,由最小的一倍隧道外径逐渐增大到约三倍外径。
(2)盾构侧穿桩筏基础建筑物当桩筏基础桩体长度不同时基础受到扰动影响后其位移变形规律差别较大,但都没有破坏桩筏基础的稳定性,且在施工扰动影响下,建筑物的沉降量和倾斜率都在规范要求内,而在地表沉降量和桩体位移量上,三中工况相比长桩基础最大。隧道盾构侧穿长桩基础建筑物,随着建筑物与隧道水平间距的不断增大,建筑物整体水平方向的倾斜率增大但增大幅度较小,最大倾斜率仍然在规范要求之内,隧道上覆土体受到建筑物自重的影响逐渐减小,土体沉降减小;覆土厚度不断增大的过程中建筑物倾斜率在0.5‰左右变化,地表沉降逐渐增大,其中隧道与建筑物之间的土体沉降量增大明显。
(3)对比选取双-大区间侧穿筏板基础建筑物工况为研究对象,分析了控制措施中调整盾构参数法和隔断法,研究认为单独调整盾构参数不能达到加固保护该区间临近建筑物的目的。在研究隔断法时取隔离桩法进行了分析,运用正交试验法对隔离桩的布设位置、桩体长度和桩间距三个因素进行分析,得出各因素对基础最大沉降值和倾斜率两项指标的影响程度,并对隔离桩参数进行了优化设计,分析了隔离桩对土体的加固效果。