隧道工程施工地表变形研究

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隧道在施工过程中，将不可避免地会产生地表变形，当地表变形达到一定程度时，则会对地表既有建筑物产生一定程度的损害。因此，为了研究和掌握东海隧道施工引起的地表变形是否会对地表既有建筑物发生损害或发生损害程度，应对施工地表变形对既有建筑物安全性的影响进行科学分析和评价。本文以东海隧道为例，从建筑物沉降、倾斜、结构应力三个方面探讨隧道工程施工地表变形对既有建筑物影响。

1工程概况

东海隧道工程属典型的城市隧道工程，线路起点位于云山村北侧，下穿国公爷山，从黎明大学北侧操场、宝珊花园下穿过，通过宝秀小区，终点止于既有东海大街。项目全长约4.2km，其中隧道全长约2.2km，设计采用双洞方案，按双向四车道城市I级主干道标准进行建设，设计行车速度为60km/h。东海隧道作为一个典型的城市隧道工程，应具有城市隧道工程修建的共性要求，即与山岭隧道相比，城市隧道修建更要注重对周围环境的影响问题，也就是说周围环境将会对城市隧道修建起到一定程度的制约作用。

2既有建筑物影响对工程施工影响分析

在东海隧道工程修建过程中，主要存在着如下工程难点问题:隧道沿线地表既有建筑物分布密集，对施工引起的爆破振动、地表沉降等控制要求高，施工难度大。东海隧道沿线地表既有建筑物主要包括宝珊花园别墅区、宝秀小区、厂房及办公楼等，据现场实地调查统计结果可知，处于隧道施工影响范围内的主要既有建筑物数量多达29座，既有建筑物距隧道距离最小在10m以内，因此，隧道施工所引起的爆破振动、地表沉降等必将会对建筑物结构安全及其建筑物内人员的正常生活造成一定程度的影响，为确保建筑物结构安全，尽量减少对建筑物内人员正常生活的干扰，施工中必须对爆破振动、地表沉降等进行严格控制，从而增加了施工难度。

3建筑物结构安全地表变形控制指标

建立建筑物结构安全地表变形控制基准，其前提必须建立合适的地表变形控制指标。实际上，隧道施工引起的地表沉降和变形对建筑物的影响因素有很多。除地层特征以外，建筑物遭受损害的程度与建筑物的基础与结构型式、建筑物所处的位置，以及地表的变形性质和大小有关，若全部将其作为地表变形控制指标，现场操作十分不便，研究也不易实现。因此，研究中重点以地表变形中对建筑物损害程度最大的因素作为其变形控制指标。隧道开挖施工引起的对于地表以及建筑设施的损害可以分为直接开挖损害和间接开挖损害两种情况。位于主要影响范围内的对象(建筑物、管线、道路等)所受的损害称为直接开挖损害;但是在个别情况下，在主要影响范围以外比较远的地方，也可发现开挖影响的存在，这种影响也与隧道开挖施工有关，称为间接开挖损害，如开挖引起的大范围的地下水的变化对环境的影响等。因此，本文主要选用地表沉降损害、地表倾斜损害、结构应力三个控制指标。

4施工地表变形对既有建筑物结构安全影响数值模拟分析

为了进一步了解和掌握东海隧道整个施工过程引起的地表变形对既有建筑物结构安全性影响，采用数值模拟方法进行了细致研究和分析。计算过程中，以静力分析为主，未考虑爆破开挖的动力效应影响。

4.1建筑物沉降及倾斜计算结果及分析

为了掌握整个施工过程地表建筑物沉降及倾斜情况，计算中共选取了10个阶段工况进行详细说明。东海隧道施工引起的最大建筑物沉降值约为0.377mm，最大建筑物倾斜率约为0.0054×10－3，由东海隧道建筑物结构安全变形控制标准可知，上述数值均远小于相应控制标准值，说明施工地表变形不会对建筑物结构产生破坏，建筑物结构是安全的。

4.2建筑物结构应力计算结果及分析

为了掌握整个施工过程地表建筑物结构应力变化情况，计算中还对各施工阶段建筑物结构内力结果进行了分析和评价，将各计算工况结果进行汇总。

5小结

综上，本文以东海隧道为例，通过理论分析、数值模拟、现场实测等综合研究手段，确定了隧道地表建筑物结构安全控制标准，并给出了相应的建筑物结构安全控制措施，其成果可直接用于指导施工作业，有效地确保隧道地表建筑物结构安全，避免了工程经济赔偿纠纷现象发生。当然，由于能力有限，一些问题需要在以后的工作中深入完善。

作者：李玉富 单位：福建泉州勘测设计院有限公司