高层建筑物下隧道围岩应力的分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 高层建筑物下隧道围岩应力的分析 摘要：现代化城市合理利用地下 空间来解决人们生活中存在的交通拥堵 问题。因此更加合理的开发项目，就显 得尤为重要。本文结合某开发项目中， 综合分析城市高层建筑物的地基基础， 探索地下隧道围岩，使其二者相互作用。 通过数据模拟，运用隧道围岩应力分布 曲线，得到应力集中作用范围，为今后 发展地下空间工程项目、工程设计提供 有力依据。 中国论文网 /4/view-12877208.htm 关键词：隧道施工 应力 高层建 筑 0 引言 城市综合症的存在严重影响着社 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 会的发展和城市化进程，诸如环境污染、 交通阻塞、基础建设不完善以及生态平 衡的破坏对一个城市的正常运行起到了 阻碍作用。为了保证人们的正常生存、 治疗城市综合症，我们要充分的利用好 城市的地下空间，以确保城市的顺利发 展。由于城市用地严重稀缺，工业化占 地日益严重，所以高层建设是现代化城 市必须的产物。深层施工基础工艺随着 高层建筑的发展而迅速壮大，在整个施 工中，基础工程的好坏直接影响着工程 造价和工期。 笔者参与了某城市地下空间建设 项目的整个施工过程。该项目是在城市 高层建筑下 20 米打通一个铁路运输隧 道。该隧道高 7.5 米，跨度为 6 米，从 隧道的结构静力稳定角度加以分析，考 虑到该隧道没经过天然和人工扰动，总 结了隧道开挖后的四种状态。利用 2D- 有限元结构分析程序，分析了地面高 层建筑的地基变形特点、受力情况以及 隧道围岩的应力。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 1 工程介绍 该工程位于某繁华城市中心地段， 施工面积 23 万平方米，该面积内有 12 座高层建筑和 8 座多层建筑。其中多层 建筑为 5-8 层，56 米长，这些建筑的上 层结构为砖混结构，底层为框架结构， 采用桩深 6.5 米，桩径 600 毫米，桩距 为 2 米的挖空桩作为地基，该建筑建设 在砂岩层上。高层建筑为 18-25 层不等， 建筑跨度为长 42 米，宽 18 米，将框架 剪力墙结构作为其上层结构，地基仍采 用挖孔桩。其中桩深 12.5 米，桩径 1 米， 桩距为 4 米，采用端承桩作为其地基结 构，也就是说可以忽略不计桩侧收到的 阻力情况，桩端承受了大部分的桩顶负 荷，还建筑同样建立在砂岩层上。根据 城市规划需要，要在该面积区域地下打 通一条铁路隧道，该隧道高 7.5 米，跨 度为 6 米，距地面 20 米。隧道距离多 层建筑地基最近水平距离为 7.5 米，最 近垂直距离为 16.5 米，距离高层建筑地 基最近水平距离为 8 米，最近垂直距离 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 为 12 米。 根据上面实际勘察的数据资料显 示，我们总结如下数据：a.地质状况： 良好；b.地势：相对平缓，南高北低； c 绝对标高： +254 米至+270 米。其组 成和各层特性简述如下： 1.1 杂填土:主要由建筑垃圾、炭 灰渣、生活垃圾等组成，厚度由 1.2-28 米不等，其中夹石块，硬质物块径一般 为 10-100 毫米，含量 22%-31%，结构 松弛，需地基处理。 1.2 粉质粘土:褐黄色，厚度为 0.8-1 米不等，夹少量碎石，粘粒含量 30% 50%，塑性指数 12，可塑。 1.3 泥岩:层理不明显，呈块状， 泥质结构，黄色或紫红色，厚度 1.4- 4.6m 不等，砂质含量重。强风化岩芯多 呈碎块状，质软，强度低；中风化岩芯 多呈柱状，质硬，完整性好。碎石土， 漂石、块石，颗粒含量 59%。 1.4 砂岩:厚度勘察从 4.6 米以下 全部为砂眼，淡褐色或红色。中粒结构， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 中等厚度状构造.岩芯多呈柱状，质较硬， 完整。 2 计算模型的建立 2.1 计算范围的确定。我们以地 表作为重点，从两方面考虑应力状态和 变形情况。一是建筑物基础，二是地下 隧道围岩范围。通过有限元计算范围， 其重点考虑分为以下几个方面： 2.1.1 水平方向。我们通过数据 采集、计算，得到研究对象范围宽度为 55 米左右。因为地下隧道位于两栋多层 或高层建筑物之间，其距离为 55 米左 右。 2.1.2 深度方面。我们通过实际 数据、计算，得到研究对象范围为 54 米。因为地下隧道顶板距地表为 20 米， 高 7.5 米，我们研究的实际区域范围在 洞高 4 倍范围内。 2.1.3 为了减少通过有限元结构 分析出现的误差，我们根据水平方向左 右延伸 30 米左右距离和隧道地板在深 度方向延伸 30 米这样一个规定范围内， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 来确定计算范围在断面的水平方向为 110 米，深度方向为 75 米。此数据来源， 是我们避免了由于有限元结构分析所采 用的边界条件与实际地层岩体的真实边 界条件之间的差异多带来的计算误差。 2.2 力学模型与计算边界约束条 件的确定。为了简化分析问题，我们可 以采用岩体原始地应力勘察检测数据， 结合对应区域的实际地址构造状况，近 似的将三维问题转化为平面问题来进行 处理。我们在研究区域进行有限元数值 分析，其分析对象是一个非常复杂的三 维地质体。我们可以通过选定的区域数 值计算方法，来分析、计算、解决问题。 我们将所选择的研究区域的泥岩和砂岩 作为主题研究对象，利用其非匀质、低 抗拉的介质特性，利用一定泥岩和砂岩 的线性变形特征，较长的变形弹性段， 采用各向同性的线弹性模型，来进行边 界约束条件的确定，尽管在其最后得出 的计算数据与实际数据存在误差。 2.3 不同计算工况的考虑。作者 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 根据实际情况对工程的施工情况做了 4 种情况分析，每种情况都具有一定的意 义，以下为描述：在地面没有建筑物 的情况下，也没有对地下隧道进行支护。 该阶段表示，地面不存在高层建筑物的 情况下对地下硐室、隧道等项目施工。 在地面具有高层建筑物的情况下，没 有对地下隧道进行支护。该阶段表示， 在地面存在高层建筑物的情况下对无支 护地下隧道、硐室进行施工。在地面 没有高层建筑的情况，对地下隧道及硐 室进行支护操作。该阶段表示了没有地 面高层建筑的状态下，对地下隧道及硐 室的建设施工完成。在地面具有高层 建筑的情况下，地下隧道及硐室进行支 护操作。该阶段表示了地面具有高层建 筑，地下隧道或硐室完成建筑施工。 本文从位移变形及围岩应力变化 的角度分析隧道的关键部位，重点研究 了隧道的三个垂直剖面和四个水平剖面， 如图 1 所示。 3 计算结果分析 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 通过对施工情况的四结点等参数 的分析，利用 2D- 有限元结构分析程 序对网格进行的自动剖析，研究了该区 域内的数值模拟问题，通过计算生成了 1352 个单元。数据输入卡片的运用使得 结构分析过程节省了大量的人力及误差， 提高了该分析结果的可靠性。上述四种 情况中，有支护有高层建筑状态下，分 析结果如图 2，图 3 所示。 在本文的计算范围内对第一主应 力 1 的分布规律加以分析，得出以下 结论：该工程的计算范围内，压应力是 该第一主应力 1 的主要部分；应力集 中效应在硐室附近表现非常突出，其第 一主应力 1 要远大于其他部分；压应 力是硐室周围墙体所受到的第一主应力， 隧道拱形顶部受到的第一主应力为拉应 力；从隧道硐室向外并逐渐增大的分布 着第一主应力 1。 4 结论 高层建筑下隧道的稳定性取决于 高层建筑物地面负载以及围岩的自重， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 其中起决定作用的是