工程管理-地鐵隧道開挖對即有建筑物的影響及解決方案

PAGEPAGEII地鐵隧道開挖對即有建筑物的影響及解決方案摘要伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的城市化水平與日俱增，雖然城市的建設(shè)是不可避免的，但是對于一座城市而言，土地資源是有限的，那么如何分配這有限的資源便是現(xiàn)如今所要面臨的問題，所以城市建設(shè)不僅局限于地上建設(shè)，地下空間的開發(fā)以及利用也提上了日程。本文主要分析了地鐵隧道開挖對即有建筑物的影響，并探討了隧道開挖對建筑物影響控制及防治措施。關(guān)鍵詞：地鐵隧道；即有建筑物；影響

目錄摘要 I目錄 II第1章緒論 1第2章地鐵隧道施工對上部既有建筑物的影響 22.1高層建筑常用基礎(chǔ)型式 22.1.1常見基礎(chǔ)的特點 22.1.2基礎(chǔ)選型的參考標(biāo)準(zhǔn) 52.2隧道開挖引起的地表變形 52.2.1隧道施工引起的地層沉降機理 52.2.2隧道開挖引起地表沉降的豎向變形 62.2.3地層運動的影響因素 72.3隧道開挖對上部建筑物的影響 72.3.1隧道開挖引起上部建筑物的變形原因 72.3.2建筑物在抵抗變形方面的能力 82.3.3對高層建筑基礎(chǔ)選型的影響 82.4隧道開挖引起的建筑物損害形式 92.4.1隧道開挖引起的建筑物的破壞形式 92.4.2隧道開挖引起的地表變化對建筑物的損害 102.4.3多重因素影響下高層建筑基礎(chǔ)選型的要點 11第3章隧道開挖對建筑物影響控制及防治措施 123.1隧道施工的影響范圍 123.2隧道開挖前建筑物的主要加固措施 123.3隧道施工后建筑物的糾傾與加固措施 133.3.1隧道施工后建筑物的糾傾措施 133.3.2隧道施工后建筑物的加固措施 15結(jié)語 17參考文獻(xiàn) 18致謝 19PAGE8第1章緒論隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人口增加及城市化水平不斷提高，未來會有1/2的人口居住在城市。很多特大城市出現(xiàn)了“城市綜合癥”：交通堵塞、環(huán)境污染、生態(tài)惡化的現(xiàn)象。導(dǎo)致許多城市都存在不同程度的交通擁堵，交通事故頻繁發(fā)生，汽車尾氣又造成空氣污染等問題。因此，開發(fā)地下空間和修建地鐵隧道成為緩解城市交通的主要手段。為進(jìn)一步解決較為嚴(yán)重的交通擁堵問題，我國大中型城市通過建立軌道交通系統(tǒng)來緩解地面的交通壓力，這種方法取得了良好的效果。城市軌道交通的運輸能力大，專線行駛速度快，不論是地鐵運營系統(tǒng)還是輕軌高架運營系統(tǒng)都對地面交通沒有影響，而且安全舒適，因此能較好地分擔(dān)地面的交通壓力。這些優(yōu)點也促使越來越多的城市把軌道交通建設(shè)納入城市規(guī)劃之中。地鐵隧道在建筑物高密度的城市區(qū)域下穿時，地下空間的施工環(huán)境和條件非常復(fù)雜。下圖1.1（a）是地鐵隧道在城市中心區(qū)下穿的三維效果圖，圖1.1（b）是地鐵隧道在高層建筑下方穿越的三維效果圖。由于選線和空間的限制，地鐵隧道在建設(shè)過程中不可避免地要穿過既有建筑物的基礎(chǔ)，從面對鄰近構(gòu)筑物產(chǎn)生影響。地鐵隧道開挖引起的周圍土體位移，會導(dǎo)致附近基礎(chǔ)產(chǎn)生附加內(nèi)力和變形，這直接關(guān)系到建筑物的穩(wěn)定和日常使用；a)地鐵隧道下穿城市中心區(qū)b)地鐵隧道在高層建筑下方穿越圖1.1地鐵隧道下穿的三維效果圖由此可知，地鐵隧道施工穿越己有高層建筑時，勢必會引起周圍地層的變形，從而降低其承載能力，近而影響上部建筑結(jié)構(gòu)的安全。高層建筑對不均勻沉降本身就比較敏感，所以地鐵隧道下穿時受到的影響將會更大，而高層建筑的基礎(chǔ)是保證其自身穩(wěn)定性的重要因素。因此，為了把后期地鐵隧道施工對高層建筑的預(yù)期影響降到最低，高層建筑必須要有一個合適的基礎(chǔ)方案。第2章地鐵隧道施工對上部既有建筑物的影響2.1高層建筑常用基礎(chǔ)型式2.1.1常見基礎(chǔ)的特點（1）擴展基礎(chǔ)擴展基礎(chǔ)通常指柱下獨立基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)。顧名思義，擴展基礎(chǔ)是把上部的柱或墻的荷載側(cè)向擴展到周圍土層中，進(jìn)而滿足地基承載力和變形的要求。一般情況下，擴展基礎(chǔ)多為鋼筋混凝土材料建造，這樣的擴展基礎(chǔ)也被稱為柔性基礎(chǔ)。基礎(chǔ)內(nèi)配置足夠的鋼筋來承受由彎矩而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，保證基礎(chǔ)在受彎時不致破壞。這種基礎(chǔ)的剖面由于不受剛性角的限制可以做成扁平形狀，上部荷載就可以通過較小的基礎(chǔ)傳到較大的基礎(chǔ)底面上，從而適應(yīng)地基承載力的要求?，F(xiàn)澆柱下獨立基礎(chǔ)可做成階梯形或錐形；預(yù)制柱則采用杯口基礎(chǔ)，一般用于裝配式單層工業(yè)廠房。墻下獨立基礎(chǔ)根據(jù)地基是否均勻，可選用有無肋的基礎(chǔ)形式。有肋的墻下獨立基礎(chǔ)，肋部配置了適當(dāng)?shù)目v向鋼筋和箍筋，大大增強了基礎(chǔ)的抗彎能力和整體性，能夠承受由不均勻沉降引起的彎曲應(yīng)力。（2）條形基礎(chǔ)當(dāng)基礎(chǔ)的長度大于或等于10倍基礎(chǔ)寬度使稱為條形基礎(chǔ)。常見的條形基礎(chǔ)主要有兩種，其一是墻下條形基礎(chǔ)，其二是柱下條形基礎(chǔ)。條形基礎(chǔ)屬于彈性力學(xué)中的平面應(yīng)變問題，可取長度方向1厘米進(jìn)行計算。當(dāng)上部荷載較大，地基承載力較低，柱間的獨立（擴展）基礎(chǔ)互相靠近或荷載分布不均，可將同一方向上的柱基礎(chǔ)連成一體，增大基礎(chǔ)的整體抗彎剛度，調(diào)整抵抗不均勻沉降的能力，并將所承受的集中柱荷載較均勻地分布到整個條狀基底面積上。（3）筏板基礎(chǔ)當(dāng)上部荷載大或地基軟弱，柱下十字交差基礎(chǔ)底面積占建筑物平面面積的比例較大或建筑物有特殊使用要求時，可在建筑物的柱墻下方做成連續(xù)的整片鋼筋混凝土基礎(chǔ)，即筏板（片筏）基礎(chǔ)，俗稱滿堂基礎(chǔ)。a)平板式筏板基礎(chǔ)b)梁板式筏板基礎(chǔ)圖2.1筏板基礎(chǔ)示意圖筏板基礎(chǔ)一般有平板式和梁板式兩種型式，見圖2.1。平板式筏基施工相對方便，建造速度快，不過混凝土使用量大。當(dāng)柱荷載較大時，為了防止基礎(chǔ)產(chǎn)生局部的沖切破壞，可設(shè)置柱墩或者加大局部板厚，若柱距較大，從減少混凝土使用量的角度出發(fā)，可適當(dāng)減小板厚，在柱的兩個軸向加設(shè)肋梁，形成梁板式基礎(chǔ)。筏板基礎(chǔ)具有良好的整體性，調(diào)整不均勻沉降的能力較好?？梢钥缭骄植康能浫跬翆雍蜏\層小型洞穴。可以給建筑提供足夠的地下使用空間?？梢蕴岣呓ㄖ锏恼w抗震能力。可以滿足油儲、水池、地下空間的底板防滲要求?？梢詽M足工業(yè)設(shè)備的布設(shè)和運行穩(wěn)定要求。由于其較大的底面積，可以減小基底壓應(yīng)力，提高地基土的承載能力。筏板基礎(chǔ)在實際應(yīng)用中的形式比較多樣，圖2.2是幾種常見的筏板基礎(chǔ)平面和剖面示意圖。a)縱部面b)縱部面當(dāng)?shù)鼗牟涣记闆r較為復(fù)雜時，比如軟硬不均現(xiàn)象較為顯著，既有巖石，又存在軟土，若單一想憑借筏板基礎(chǔ)解決此類問題，可能不僅會大大提高工程造價，甚至難以實現(xiàn)工程的技術(shù)要求。因此，工程實踐中對筏板基礎(chǔ)進(jìn)行應(yīng)用時，應(yīng)當(dāng)針對實際情況進(jìn)行靈活調(diào)整。（4）箱形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土底板、頂板、縱橫外墻和內(nèi)隔墻組成的整體基礎(chǔ)。圖2.3是箱型基礎(chǔ)的示意圖。這種基礎(chǔ)剛度大，整體性好，適用于軟弱土層上的高大重荷載建筑物或嚴(yán)格控制不均勻沉降的重要建筑物，具有較好的抗震性能。根據(jù)建筑物的構(gòu)造及使用要求，箱形基礎(chǔ)可以設(shè)計成一層或多層，大型高層建筑的地下室往往結(jié)合箱型基礎(chǔ)型式考慮，也可當(dāng)作儲藏室、設(shè)備間或者人防設(shè)施。由于箱形基礎(chǔ)大量縱橫隔墻的存在，若對地下空間的使用要求比較高時，例如商場、健身房、娛樂城、大型停車場等場所，箱形基礎(chǔ)就會限制地下空間的有效使用，難以滿足建筑預(yù)期設(shè)計功能，此時通常選用筏板基礎(chǔ)。圖2.3箱型基礎(chǔ)示意圖相比于筏板基礎(chǔ)，箱形基礎(chǔ)的抗彎能力更強。即使產(chǎn)生沉降，也相對均勻。甚至產(chǎn)生整體傾斜后，也基本不會發(fā)生地基變形導(dǎo)致建筑物開裂的情形。相比于一般的擴展基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)，箱形基礎(chǔ)會顯著減小基底壓應(yīng)力、減小基礎(chǔ)沉降量。箱形基礎(chǔ)的鋼筋混凝土用量很大，技術(shù)復(fù)雜，施工周期長，造價也相對較高。由于埋深較大，其工程都要涉及深基坑工程的支護(hù)、降水及對周邊既有建筑結(jié)構(gòu)的影響等問題。因此，箱形基礎(chǔ)方案必須在與其它可選基礎(chǔ)方案進(jìn)行整體比較后才可確定。2.1.2基礎(chǔ)選型的參考標(biāo)準(zhǔn)下方有地鐵隧道穿越的高層建筑的基礎(chǔ)選型主要依據(jù)是建筑下方的巖層情況。根據(jù)不同的巖層情況，并結(jié)合上方建筑物的結(jié)構(gòu)特點、層數(shù)及建筑物使用類型可以初步確定基礎(chǔ)的類型。具體情況見表2.1，下方有地鐵隧道的高層建筑基礎(chǔ)型式選用參考表。表2.1下方有地鐵隧道的高層建筑基礎(chǔ)型式選用參考表巖層情況高層建筑特點推薦基礎(chǔ)型式整塊厚層狀，構(gòu)造裂隙不發(fā)育20層以內(nèi)建筑物20層以上建筑物，或有抗震要求柱下獨立基礎(chǔ)、十字交叉基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)中微風(fēng)化砂巖，整塊厚層狀，風(fēng)化裂隙不發(fā)育20層以內(nèi)建筑物20層以上建筑物，或有抗震要求柱下獨立基礎(chǔ)、十字交叉基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)、有樁基礎(chǔ)的合型基礎(chǔ)砂巖，泥巖，泥質(zhì)砂巖20層以內(nèi)建筑物箱型基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)20層以上建筑物，或有抗震要求樁基礎(chǔ)、有樁基礎(chǔ)的組合型基礎(chǔ)2.2隧道開挖引起的地表變形2.2.1隧道施工引起的地層沉降機理隧道開挖將引起地表的沉降變形，造成地表沉陷，在一定區(qū)域內(nèi)其上部地表會形成一個凹槽。位于該凹槽范圍之內(nèi)的地表建筑結(jié)構(gòu)都會受到隧道開挖引起地層運動的不同程度的影響。影響的程度根據(jù)沉降槽的范圍來確定。隧道開挖引起的地表沉降三維效果圖如圖2.4圖2.4隧道開挖引起的地表沉降在對地層移動機理上，國內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過多年的研究已經(jīng)達(dá)成共識。隧道開挖引起的地層移動主要包括以下幾個方面：（1）地層損失引起的地面沉降。隧道施工時，實際開挖過程中的體積與完工時的體積之間存在有一些誤差使得地層損失，隧道斷面一直會有開挖面的土體移動過來，隧道斷面逐漸收斂，地面出現(xiàn)下沉。（2）土體再固結(jié)產(chǎn)生的地面沉降。隧道開挖過程中，由于周圍土體受到擠壓，變得更加密實，在這種情況下土應(yīng)力和孔隙水壓力都會慢慢變大，形成超孔隙水壓力。圖2.5孔隙水壓力分布圖（3）襯砌變形引起的沉降。由于周圍土壓力的作用，襯砌發(fā)生變形，襯砌對周圍的地層會有一個反方向的作用力，土體與襯砌相互作用，使地層產(chǎn)生變形。（4）應(yīng)力松弛引起的沉降。隧道開挖以后，破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)，應(yīng)力狀態(tài)由三向變成二向，隧道周邊產(chǎn)生應(yīng)力松弛狀態(tài)，所以地層產(chǎn)生沉降。2.2.2隧道開挖引起地表沉降的豎向變形地表變形的三維圖如圖2.6所示，在三維圖上會有一個凹槽，地表橫向沉降計算以Peck公式最為經(jīng)典常用，如圖2.3.Peck（1969）認(rèn)為地層損失是地層沉降的根本，假定土體不排水，這時的沉降槽體積也就是地層損失體積，地層損失體積也就是開挖時的土體體積與竣工后隧道的體積之差。確定Peck曲線只需確定沉降槽半寬i和最大沉降值Smax。圖2.6Peck地層沉降曲線（沉降槽的橫截面曲線）2.2.3地層運動的影響因素地層運動的影響因素主要有以下四種：（1）地層條件的影響；（2）開挖深度的影響；（3）開挖斷面大小的影響；（4）施工條件的影響。上述所說的隧道開挖所在的地層條件、隧道的開挖深度、開挖斷面的大小以及施工條件的影響，這些影響都是相互關(guān)聯(lián)的。所以在實際的工程中，要綜合考慮多個因素的影響。2.3隧道開挖對上部建筑物的影響地表變形傳遞給基礎(chǔ)，使基礎(chǔ)發(fā)生變形，基礎(chǔ)的變形引起地面建筑結(jié)構(gòu)的變形。在隧道開挖過程中，地表產(chǎn)生如沉降、傾斜、水平位移和水平變形等等。因此建筑物也受到影響。建筑物本身有一定的重量，而且能承受附加內(nèi)力。地表變形與建筑物變形不協(xié)調(diào)。隧道開挖與上部建筑的影響是相互作用、相互制約的。2.3.1隧道開挖引起上部建筑物的變形原因隧道開挖引起的上部建筑物的變形，主要還是沉降槽對上部建筑物產(chǎn)生的影響，包含了以下參數(shù)：（1）水平位移；（2）壓縮變形；（3）拉伸變形；（4）地基土體的豎向變形；（5）基礎(chǔ)兩角點的差異沉降；（6）沉降曲線的曲率半徑；（7）斜率。圖2.7沉降槽橫截面上的豎向位移、水平位移和水平應(yīng)變?nèi)缟蠄D2.7的土體變形時，傳遞給建筑物的基礎(chǔ)，此時在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，其應(yīng)力應(yīng)變都會發(fā)生改變。上述的幾種變形參數(shù)對結(jié)構(gòu)的影響各不相同。對于磚混結(jié)構(gòu)來說，主要影響因素是沉降、水平位移以及拉伸應(yīng)變。對于框架結(jié)構(gòu)來說，差異沉降是主要影響因素。2.3.2建筑物在抵抗變形方面的能力在隧道開挖時對建筑物的變形影響程度，其實建筑物本身也起到了關(guān)鍵作用。建筑物抵抗變形能力的幾個主要因素：（1）基礎(chǔ)剛度；（2）基礎(chǔ)的寬度；（3）上部結(jié)構(gòu)的剛度；（4）建筑物與沉降槽的位置關(guān)系；（5）結(jié)構(gòu)的形式等。通過以上五種因素我們不難看出，建筑物抵抗變形的能力和很多方面有關(guān)。筏板基礎(chǔ)的整體剛度要明顯好于獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)，能更好地抵抗因沉降、水平位移、拉壓應(yīng)變等多種形式的地基土體的變形。這樣在隧道開挖過程時，因獨立基礎(chǔ)對抵抗拉壓應(yīng)變、差異沉降的能力相對較弱，將會導(dǎo)致正常使用功能的喪失。2.3.3對高層建筑基礎(chǔ)選型的影響城市軌道交通的地鐵區(qū)間隧道通常在建筑物密集分布的市區(qū)下穿。地鐵隧道難免會和建筑物產(chǎn)生相互影響。兩者在時間和空間上的關(guān)系一般有以下幾種情形：（1）地鐵隧道下穿既有建筑物；（2）建筑物規(guī)劃并建于已有地鐵隧道的上方；（3）地鐵隧道選線下穿的區(qū)域和建筑物規(guī)劃建設(shè)的位置重合，地鐵隧道先于建筑物施工建設(shè)；（4）地鐵隧道選線下穿的區(qū)域和建筑物規(guī)劃建設(shè)的位置重合，建筑物先于地鐵隧道施工建設(shè)。除第1種情形外，其余三種情形均需要在建筑物基礎(chǔ)選型時考慮地鐵隧道的影響。本文研究的情況屬于第4種情形，在此就針對這種情況進(jìn)行分析與討論。當(dāng)?shù)罔F隧道的選線位置已經(jīng)明確，那么高層建筑在基礎(chǔ)的選型設(shè)計期間就要作出針對性的方案。首先，從地鐵隧道穿越土層引起的擾動來分析。在高層建筑建成到地鐵隧道下穿的這段時間內(nèi)，高層建筑下方及周邊區(qū)域的土體已基本完成了固結(jié)沉降。地鐵隧道的開挖對土體的擾動不僅會帶來新的沉降變形，而且還會通過土體的受力變形直接影響到埋在土中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，這就要求基礎(chǔ)深入土層的部分要有合理的布置形式。這是因為：高層建筑基礎(chǔ)深入土層部分的布置形式，會影響到土體受到擾動后應(yīng)力和變形的釋放路徑，也就關(guān)系到土體給基礎(chǔ)帶來的直接影響的大小。因此，地鐵隧道的下穿影響著高層建筑基礎(chǔ)的布置形式。其次，從高層建筑自身安全穩(wěn)定的角度來討論。高層建筑的基礎(chǔ)不僅要滿足自身承載和建筑使用的要求，而且能夠保證高層建筑在建成投入使用之后受到外部影響的程度最小。地鐵隧道的下穿施工需要一定的空間。在高層建筑完工之后，隧道在下穿施工的土層中必然會遇到高層建筑的基礎(chǔ)。高層建筑基礎(chǔ)是否為地鐵隧道下穿預(yù)留足夠的安全空間，關(guān)系到地鐵隧道能否在不破壞原有基礎(chǔ)的情況下，就能順利地完成下穿施工。因此，地鐵隧道下穿施工對預(yù)留空間的要求，影響到高層建筑基礎(chǔ)造型的設(shè)計與選擇。綜上，當(dāng)?shù)罔F隧道選線下穿的區(qū)域和高層建筑規(guī)劃建設(shè)的位置重合，高層建筑先于地鐵隧道施工建設(shè)時，為了最大限度的降低地鐵隧道施工給高層建筑基礎(chǔ)帶來的直接影響，同時將給高層建筑上部結(jié)構(gòu)帶來的間接影響也控制在最低。高層建筑基礎(chǔ)在布置形式和基礎(chǔ)造型的設(shè)計與選擇方面，一定要將地鐵隧道后期下穿的影響考慮在內(nèi)。2.4隧道開挖引起的建筑物損害形式2.4.1隧道開挖引起的建筑物的破壞形式（1）建筑外觀損害：一般建筑外觀損害最直接的表現(xiàn)就是墻體有輕微變形或者出現(xiàn)裂縫。建筑外觀的破壞有一個上限，不同的墻體也是各不相同的。（2）建筑物功能損壞：影響結(jié)構(gòu)的使用功能的實現(xiàn)。具體表現(xiàn)為：門窗出現(xiàn)損壞導(dǎo)致不能開關(guān)，裂縫繼續(xù)開展，墻面坑洼不平等等。在經(jīng)過后期的修理以后可恢復(fù)其使用功能。（3）建筑物結(jié)構(gòu)損壞：影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及安全性。主要是指一些承重構(gòu)件發(fā)生破壞。在隧道開挖后，建筑物受到破壞的根本表現(xiàn)是墻面出現(xiàn)裂縫。面對于時間久遠(yuǎn)的建筑，大多數(shù)為無筋結(jié)構(gòu)，此時出現(xiàn)裂縫則可能導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)倒塌等。2.4.2隧道開挖引起的地表變化對建筑物的損害隧道開挖引起的地表變形對建筑物的損害有以下幾種：（1）地表傾斜造成的建筑物損害地層的不均勻沉降將會導(dǎo)致地表的傾斜，建筑物會受到危害。地表傾斜對高大的建筑影響比較大。面對于普通建筑，如果過度傾斜，人們從外觀看上去就會產(chǎn)生不舒服。更別說其使用功能了。（2）地表曲率造成的建筑物損害地表曲率是地表變成曲面主要因素，在負(fù)曲率作用下，建筑物的墻體產(chǎn)生正八字裂縫和水平裂縫；在正曲率作用下，建筑物會產(chǎn)生倒八字裂縫。如圖2.8。圖2.8建筑物彎曲損害示意圖（3）地表水平變形造成的建筑物損害地表水平變形分為拉伸變形和壓縮變形，這兩種變形對建筑物的損害都很大，特別是拉伸變形，拉伸變形要遠(yuǎn)大于壓縮變形。壓縮變形的表現(xiàn)是：墻體產(chǎn)生水平裂縫，縱墻發(fā)生褶皺，屋頂鼓起。如圖2.9拉伸破壞。如圖2.10壓縮變形。圖2.9拉伸破壞圖2.10壓縮變形2.4.3多重因素影響下高層建筑基礎(chǔ)選型的要點高層建筑基礎(chǔ)的選型一般受到工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境情況、上部建筑結(jié)構(gòu)特點及建筑的使用要求等因素的影響。本文的基礎(chǔ)選型主要考慮的兩大因素是：黃土地質(zhì)條件和地鐵隧道將來的下穿。以這兩大影響因素為主，并結(jié)合基礎(chǔ)選型一般的影響因素，高層建筑基礎(chǔ)選型有以下幾個要點：（1）高層建筑的基礎(chǔ)必須滿足承載力和穩(wěn)定性這兩大基本要求，基礎(chǔ)的造型必須滿足建筑的使用要求；（2）高層建筑的基礎(chǔ)應(yīng)當(dāng)將其上部結(jié)構(gòu)的荷載穿越黃土層傳遞至土層深處的持力層，持力層最好選擇下方巖層。雖然工程性能良好的黃土可以作為一般建筑基礎(chǔ)的持力層，但是下方有地鐵隧道穿越的高層建筑對基礎(chǔ)的整體性能要求更高，因此，必須采取更穩(wěn)妥的基礎(chǔ)設(shè)計方案；（3）高層建筑的基礎(chǔ)造型設(shè)計應(yīng)當(dāng)為后期地鐵隧道的下穿預(yù)留空間。這樣既能保證地鐵隧道的施工順利進(jìn)行，又可以避免將來地鐵隧道下穿施工對基礎(chǔ)及其上方構(gòu)筑物進(jìn)行的大面積二次處理給高層建筑帶來的風(fēng)險；（4）高層建筑在土層深處的基礎(chǔ)部分要有合理的布置形式，這樣是為了后期隧道開挖帶來的土體受力變形，在土層中有良好的釋放路徑；（5）基礎(chǔ)的選型設(shè)計在達(dá)到良好的技術(shù)效果之后，還應(yīng)最大程度的滿足綜合經(jīng)濟指標(biāo)。第3章隧道開挖對建筑物影響控制及防治措施3.1隧道施工的影響范圍在隧道開挖時，一般會把地表分為兩種區(qū)域：一種是受影響區(qū)域，一種是不受影響區(qū)域。一般理解為不受影響區(qū)域的建筑物不會受到隧道施工的影響。而受影響的區(qū)域的建筑物則要根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的措施。在劃分隧道施工的影響區(qū)域時，一般使用的方法是：假定基底的壓力沿45方向向下擴散，影響范圍邊線規(guī)定在隧道擾動區(qū)以外，并認(rèn)為隧道擾動區(qū)為2R（R是隧道半徑）。隧道施工的影響范圍劃分如圖3.1所示。圖3.1隧道施工影響范圍劃分圖在圖3.1中，1、2為受影響區(qū)域，3為不受影響區(qū)域。對于受影響的范圍1區(qū)域內(nèi)的建筑基礎(chǔ)，通常會在隧道開挖前進(jìn)行一定的保護(hù)措施。區(qū)域2內(nèi)的建筑物影響很小，不會影響建筑物的正常使用。3.2隧道開挖前建筑物的主要加固措施根據(jù)圖3.1影響范圍劃分圖我們可以簡單方便的看出在一個隧道開挖之前，哪些建筑物是受到影響的，哪些建筑物是不受到影響的。在施工前就應(yīng)該確認(rèn)沿線哪些建筑物需要保護(hù)。一般情況下需要了解建筑物的建造年代、建筑物的規(guī)模、結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)形式、使用狀況等。對于一些安全性較差且有一定實用價值的建筑物，應(yīng)當(dāng)先對其進(jìn)行加固，然后再進(jìn)行隧道開挖。對建筑物進(jìn)行提前加固，增加其抗變形的能力。在根據(jù)地層的實際情況和建筑物的安全性，選擇適合建筑物本身的加固措施，主要包括以下幾種：（1）基礎(chǔ)補強托換我們采用一些方法去消除這些影響，比如對現(xiàn)有基礎(chǔ)進(jìn)行加固補強、新基礎(chǔ)設(shè)置以及新舊基礎(chǔ)替換等措施?；A(chǔ)托換要保證新建基礎(chǔ)與原有基礎(chǔ)部分連接，使荷載通過托換的方式，轉(zhuǎn)移到新建的樁基上去，老基礎(chǔ)拆除的工程方法。（2）建筑物本身的加固這種方法是在建筑物原有的基礎(chǔ)的上進(jìn)行加固處理，使結(jié)構(gòu)的剛度得到進(jìn)一步的提高，這樣可以更好地減小建筑物受到影響。3.3隧道施工后建筑物的糾傾與加固措施3.3.1隧道施工后建筑物的糾傾措施由于隧道開挖會導(dǎo)致地表下沉，地表下沉?xí)?dǎo)致基礎(chǔ)的沉降，這樣傳遞給上部建筑結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致建筑物的局部或者整體下沉。面對這種情況一般會采取建筑物糾傾措施，使房屋傾斜度恢復(fù)到規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。建筑物糾傾措施有很多，要根據(jù)不同的情況來確定不同的糾傾方法，有時還會多種方法結(jié)合在一起，達(dá)到最佳效果。在這里，簡單介紹幾種糾傾措施：（1）坑式靜壓樁頂升法適用于黏性土、粉土、濕陷性黃土和人工填土地基，且持力層埋深較淺、地下水位較深、上部結(jié)構(gòu)較輕的建筑物糾傾工程。對于不均勻沉降速度較大、傾斜發(fā)展較快的建筑物，靜力壓入鋼管樁的施工速度快，可起到迅速止傾作用。待傾斜建筑物不均勻沉降穩(wěn)定后，再利用已壓入的鋼管樁作為反力支點，進(jìn)行頂升糾傾。（2）托梁頂升糾傾法頂升在建筑工程中的最早應(yīng)用是構(gòu)件頂升，如頂升屋蓋以加大空間和加層。頂升糾傾法的適用性較廣，尤其對于標(biāo)高不宜再降低的建筑物，該糾傾法顯示出較大優(yōu)勢。錨桿靜壓樁頂升法是在建筑物沉降較大一側(cè)，布置一定數(shù)量的錨桿靜壓樁，通過千斤頂和反力裝置頂升建筑物，達(dá)到糾傾目的。在二安住宅樓中，通過實際監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)對比，取對稱觀測點3點和6點的數(shù)據(jù)（相減絕對值最大），3點的累計沉降量為250.19mm，6點的累計沉降量為317.28mm，傾斜是指基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值，計算如下：由計算值可以看出0.00447要大于0.004，也就是說明二安住宅樓已經(jīng)發(fā)生了傾斜，如下圖3.2。（a）左立面沉降傾斜（b）右立面沉降傾斜圖3.2建筑物基礎(chǔ)下沉傾斜圖綜合一些因素，需要對華林坪建筑物進(jìn)行糾傾。通過上述糾傾方法的介紹，根據(jù)本工程實際情況：二安住宅樓下面土層為素填土，黃土狀粉土等，具有一定的濕陷性，根據(jù)地質(zhì)勘察來看，下部地下水處于很深的位置，該住宅樓上部為六層，總體重量不是很大。根據(jù)我們上面介紹的關(guān)于糾傾的一些基本理論措施，該住宅樓選擇坑式靜壓樁頂升糾傾法。具體的實施步驟如下：首先對住宅樓基礎(chǔ)部分進(jìn)行處理：（1）混凝土拆除后，南北兩側(cè)新建承載大梁，修復(fù)原大梁保持原截面，灌注樁與新梁錨固。（2）此框架結(jié)構(gòu)大梁承載梁，用￠28鉆機鉆孔原大梁，￠28螺紋鋼筋布置間距150mm-200mm。（3）為了絕對保證能夠頂升起樓房，消除原大筏板的吸附力，保證結(jié)構(gòu)的完整安全性，在每間房里4根槽鋼對焊加工成工字鋼，共計30根工字鋼，每根長度為6米。由于原大梁沒有整體結(jié)構(gòu)性，主鋼筋沒有貫穿承重柱，為了讓保證結(jié)構(gòu)整體性，在原大梁兩側(cè)用6000mm×500mm×10mm的鋼板對焊。保證原大梁交接處有足夠的剛度。然后采用坑式靜壓樁頂升糾傾法進(jìn)行糾傾：（1）開挖上部作業(yè)導(dǎo)坑開挖，先破除地面拆除原架空層混凝土，開挖洞口規(guī)格為1500mm×1000mm×2200mm，進(jìn)行人工開挖，開挖基坑時嚴(yán)格做好支護(hù)，用高強絲桿和鋼網(wǎng)板擋住墻壁，防止土方倒塌。（2）放線在底部軸線上用尺子量準(zhǔn)位置，對準(zhǔn)中心定點，用線錘定準(zhǔn)后開始壓母樁。（4）埋樁下母樁時用水平儀器測量母樁水平和樁的垂直度，開始安裝千斤頂后加壓。（5）回填對開挖的基坑下部全部用C30商品混凝土進(jìn)行澆灌。上部用土回填到地平面。（6）封樁在滿足承載力時，將驗收后方可封樁，用C30商品混凝土將每個已經(jīng)開挖的洞口封閉。（7）復(fù)原將地面恢復(fù)原狀。上升的位移量布置測點時可以布置在各加載點處，控制點設(shè)置在4點、6點，糾傾量測點布置在1點、4點、3點和6點。見下圖3.3頂升糾傾的幾個操作步驟。圖3.3頂升糾傾的幾個步驟3.3.2隧道施工后建筑物的加固措施在隧道開挖前，我們會對隧道沿線的建筑物進(jìn)行監(jiān)測，對一些建筑物進(jìn)行施工前的加固保護(hù)措施，然而，在隧道施工時現(xiàn)場會遇到很多不同的問題，這會導(dǎo)致我們之前加固保護(hù)的房屋可能會再次出現(xiàn)問題，或者在隧道開挖前一些安全等級高的房屋沒有進(jìn)行施工前的加固，施工結(jié)束后，可以根據(jù)具體情況確定建筑物是否需要進(jìn)行加固，對于產(chǎn)生破壞的建筑物要進(jìn)行加固處理。以上這兩種情況都需要對上部的建筑物進(jìn)行后期的加固修復(fù)處理。而隧道沿線的建筑物結(jié)構(gòu)形式多樣，在這主要介紹鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)措施，如下表3.1。表3.1砌體結(jié)構(gòu)加固方法特點及適用范圍加固方法主要特點適用范圍無粘結(jié)外包型鋼加固法比較通用的方法，受力較為可靠。一般適用于不增大原構(gòu)件截面尺寸的，又可以增大承載力的砌體柱。砌體裂縫修補在觀測裂縫已經(jīng)穩(wěn)定后，才可以對砌體裂縫進(jìn)行處理，是否需要修補，怎么修補，應(yīng)從裂縫對砌體的強度、剛度、抗震性、耐久性、使用要求以及美觀等方面充分考慮后確定砌體裂縫細(xì)小，對正常使用無影響的可以暫不處理，裂縫嚴(yán)重的砌體可拆除重砌，以恢復(fù)原有強度和功能。當(dāng)砌體裂縫可造成墻體滲漏，對房屋整體剛度和抗震性能有削弱的，應(yīng)作適當(dāng)處理。增設(shè)圈梁加固一些年代久遠(yuǎn)的建筑，增加圈梁以提高其整體性。一般適用于一些老建筑，不符合現(xiàn)行規(guī)范的。在華林坪工程中，因該建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了整體下沉與傾斜，根據(jù)現(xiàn)場觀測，上部建筑框架結(jié)構(gòu)柱與梁部分出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破壞，整個建筑物的破壞主要體現(xiàn)為框架柱梁出現(xiàn)少許裂縫、砌體填充墻出現(xiàn)了較多的裂縫。我們采用的主要加固修復(fù)方法：（1）對于原加固的大梁，在其兩側(cè)放置6000mm×500mm×10mm的鋼板，并用螺紋鋼筋成梅花形對拉并且焊接。（2）對于已經(jīng)開裂破損的構(gòu)造柱來說，首先對其進(jìn)行拆除處理，然后進(jìn)行模板支護(hù)并重新澆筑新的構(gòu)造柱。在拆除構(gòu)造柱時，周圍墻體也進(jìn)行部分拆除，等構(gòu)造柱達(dá)到強度后要注意后期墻體砌磚時，新磚與舊磚之間的接槎處理。（3）對于出現(xiàn)裂縫的框架柱與梁，首先將表面的粉刷層鏟除掉，然后采用環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行封閉處理加固，最后再進(jìn)行抹灰、粉刷等處理。（4）對于砌體填充墻的裂縫，一般的裂縫只需涂抹砂漿就可以了；對于一些已經(jīng)影響結(jié)構(gòu)安全的裂縫，需要將墻體拆除重新砌筑。

結(jié)語隧道開挖施工對既有建筑結(jié)構(gòu)的影響及控制是一個非常復(fù)雜的問題，一方面它涉及到土力學(xué)、斷裂力學(xué)等各方面的理論知識，另一方面不同的隧道開挖方法、不同的建筑結(jié)構(gòu)型式、不同的地質(zhì)條件等也影響著其安全。本文雖然對隧道開挖對建筑結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了分析和研究，但由于知識的局限性，仍有很多不足之處。

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