硬岩隧道近接高層建築施工的影響分區研究.doc

硬岩隧道近接高層建築施工的影響分區研究硬岩隧道近接高層建築施工的影響分區研究 仇文革1,2，章慧健1,2 1 西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，成都，610031 2 西南交通大學土木工程學院，成都，610031 摘摘 要要 本文結合青島膠州灣海底隧道接線工程的具體實際，通過改變新建隧道相對高層建 築的位置，進行多工況數值類比計算，再根據安全係數的大小分佈，結合數理統計方法，建 立硬岩隧道近接高層建築施工的強、弱、無影響分區。研究成果可為硬岩地層的城市隧道建 設、施工、設計決策提供理論指導，為控制這類近接工程的安全風險提供理論基礎，也為相 關規範、標準和指南的建立提供理論支撐。 關鍵字：關鍵字：硬岩隧道、近接高層建築、影響分區、應力重分佈、安全係數 study on influence partition of tunnel constructed approaching to high-rise building in hard rock stratum qiu wen-ge 1, 2，zhang hui-jian 1, 2 1 moe key laboratory of transportation tunnel engineering, southwest jiaotong university，chengdu 2 school of civil engineering, southwest jiaotong university，chengdu abstract based on qingdao jiaozhou bay tunnel connection project, several cases with different relative positions of building and tunnel have been numerical calculated. then according to index of safety factor, the influence partition of tunnel constructed approaching to high-rise building in hard rock stratum has been established by use mathematical method. this influence partition can be used to guide the design and construction of urban tunnel with hard rock stratum, and provide theory foundation of risk control to this kind of engineering, and also provide theoretical support for establishment of corresponding standards and guidelines in the future. keywords: tunnels in hard rock stratum, approaching to high-rise building, influence partition, stress redistribution, factor of safety 1 1 引引言言 隨著城市化進程的加快，城市空間擁擠 問題已成為當前社會可持續發展的一個瓶頸。 對城市空間資源的開發正處於一個高速發展 時期：一方面地面建築向高層發展，另一方 面則利用地下空間。因此，地下空間開發力 度也在不斷加大，尤其以地下鐵道、市政道 路隧道等城市隧道最為突出。然而，從城市 建設格局來講，往往是地面建設發展到相當 規模後，才開始開發利用地下空間，這就造 成了地下開發滯後於地面的局面。在許多城 市，特別是大城市，往往是當地面已高樓林 立，道路縱橫，繁華似錦後，才開始需要修 建地下鐵道、道路下穿隧道。這時，由於地 下空間緊迫，城市隧道選線受到諸多因素的 影響，有時不可避免地要在建築物旁邊甚至 下方緊鄰穿過。 2 2 隧隧道道近近接接建建築築物物的的一一般般力力學學問問題題 地下工程近接施工的類型千變萬化，錯 綜複雜，如何研究和解決這類問題？經過分 析研究，認為近接施工最主要的問題是新建 工程將會對既有工程原來的穩定性產生影響。 這種影響最本質的原因是由於新建工程的施 工引起圍岩應力狀態再次重分佈，從而導致 一系列的力學行為變化1。因此，研究近 接施工的影響必須從其力學行為的變化規律 入手，搞清其力學機理，並建立相應的力學 模型進行相關的分析。 2. .1 建築物荷載作用下的地基附加應力 將建築物荷載簡化為均布條形荷載。根 據土力學2可知，在均布條形荷載作用下， 把地基中具有相同荷載壓力的點連接起來， 將形成燈泡形的等壓線，如圖1所示。從圖 可以看出：距離荷載作用越遠，地基附加應 力越小。每條壓力線都有相應的應力係數， 當到達6倍基坑寬度的深度時，地基附加應 力約為地表條形荷載的10%，可認為已經接 近初始應力狀態。 因此，由建築物荷載引起的地基附加應 力分佈範圍是局部的，在遠離建築物基礎區 域將恢復為初始應力狀態。 圖圖1 1 均布荷載下地基附加應力的等值線均布荷載下地基附加應力的等值線 fig.1 contour of additional stress in ground when pressure applied upon surface 2.2 單一隧道開挖後的應力重分佈 對於半無限體中的孔洞問題的解析解 (靜水應力場的條件下)3可知，洞室開挖 後根據圍岩應力和圍岩強度的關係可分為彈 性二次應力場和開挖後形成塑性區的二次應 力場，如圖2所示。從圖可以看出，兩種應 力場在遠離洞室一定距離後都將進入原岩應 力區，也即未擾動區。 3 3 現現有有規規範範關關於於 “隧隧道道近近接接既既有有建建 築築物物施施工工”的的局局限限性性 日本1997年公佈了既有鐵路隧道近接 施工指南，該指南對既有鐵路隧道近接施 工類問題作了較全面、系統的闡述。近接度 一般劃分為三個範圍：無條件範圍、要注意 範圍、限制範圍(要對策範圍)。在建築物基 礎附近修築地下結構時，既有規範對其接近 度的劃分如圖4所示4。 圖中區域(要對策範圍)，沿深度方向 無限延伸，並未設界。我們認為這對於像青 島這樣的硬岩是過於保守的。在建築物基礎 底下一定深度後，地基附加應力的影響減弱， 同時硬岩自承力較高，修建隧道可以不考慮 建築物影響。此外，上述分區僅與單個指標 (新建隧道尺寸b2)掛鉤，而未考慮建築物基 礎寬度b1的影響，也是有局限性的。 -無條件範圍無條件範圍 -注意範圍注意範圍 -限制範圍限制範圍 圖圖4 4 隧道近接既有建築物接近度劃分隧道近接既有建築物接近度劃分 fig.4 degree of closeness partition in case of tunnel excavated near existing building foundation 4 4 硬硬岩岩隧隧道道近近接接高高層層建建築築施施工工影影響響 分分區區研研究究 以下結合青島膠州灣海底隧道接線工程 的具體實際，通過數值模擬手段，對硬岩隧 道近接高層建築施工影響分區展開研究。 4.1 近接影響程度分區標準 近接施工的影響不僅存在著局域性，而 且在局部的範圍內應力重分佈是有梯度變化 的，這也表明影響程度是不同的，因此提出 近接施工影響分區及標準，如表1所示。 根據計算分析結果，結合數據的曲綫擬 合，得出弱、無影響分界線： (1) 表表1 1 隧隧道道近近接接程程度度分分區區標標準準 table 1 influence partition standard 分區特徵對策 a強影 響區 新建隧道對既 有結構物有影 響，且影響較 強，通常會產 生危害。 必須從設計及施工方法上採取 措施並根據既有結構物的強度、 變形量等來研究影響程度，而 後採取相應措施。同時對既有 結構物和新建結構物進行量測 管理。 b弱影 響區 新建隧道對既 有結構物有影 響，但影響較 弱，通常不會 產生危害，但 需注意。 一般以採用合適的設計及施工 方法為對策，並根據既有結構 物的強度、變形量等來推定容 許值，再決定是否採取其他措 施。為施工安全，要對既有結 構物和新建結構物進行量測管 理 c無影 響區 一般不需要考 慮新建工程對 既有結構物的 影響。 一般不需要採取措施 5 5 結結束束語語 一方面，本文通過數值模擬計算得出的 硬岩隧道近接既有高層建築施工影響分區可 為研究硬岩隧道鄰近建築物施工提供理論支 撐，為確定該類工程施工安全風險的初始風 險等級提供理論依據，具有重要的工程實際 意義和理論研究意義。研究成果在青島膠州 灣海底隧道接線工程中得以應用，取得了較 好的效果，保證了施工的安全順利推進。 另一方面，由於本次計算暫未考慮人工 干預(隧道支護強弱、對策措施等)的影響， 僅是按毛洞開挖的最不利工況考慮，以期達 到抛磚引玉的作用，為同行研究提供一種思 路。 另由於影響分區的安全係數閾值暫無嚴 格論證，更多是靠經驗，有待下一階段開展 室內模型試驗進行臨界狀態驗證。 參考文獻參考文獻 1.仇文革(2003)，地下工程近接施工力學原理及 對策的研究，博士論文，西南交通大學，成都。 2.張克恭、劉松玉(2010)，土力學，中國建築工業 出版社，北京。 3.關寶樹(2003)，隧道工程設計要點集，人民交通 出版社，北京。 4.關寶樹(2003)，隧道工程施工要點集，人民交通 出版社，北京。 5.張永興、王桂林、胡居義(2005)，岩石洞室地基 穩定性分析方法與實踐，科學出版社，北京。 6.鄭穎人、趙尚毅、宋雅坤(2005)，有限元強度 折減法研究進展，後勤工程學院學報，第3期， 第1-6頁。 7.王永甫(2010)，有限元強度折減法在隧洞穩定 分析中的應用，博士論文，重慶交通大學，重 慶。 8.賈蓬、唐春安、楊天鴻等(2007)，強度折減法 在岩石隧道穩定性研究中的應用，力學與實踐， 第3期，第50-55頁。 安永林、黃戡、彭立敏等(2011)， 強度折減 法分析隧道整體穩定性 ，公路交通科技， 第 4 期，第 91-95 頁。 我的大学爱情观我的大学爱情观 1 1、什么是大学爱情：、什么是大学爱情： 大学是一个相对宽松，时间自由，自己 支配的环境，也正因为这样，培植爱情之花 最肥沃的土地。大学生恋爱一直是大学校园 的热门话题，恋爱和学业也就自然成为了大 学生在校期间面对的两个主要问题。 恋爱关系处理得好、正确，健康，可以 成为学习和事业的催化剂，使人学习努力、 成绩上升；恋爱关系处理的不当，不健康， 可能分散精力、浪费时间、情绪波动、成绩 下降。因此，大学生的恋爱观必须树立在健 康之上，并且树立正确的恋爱观是十分有必 要的。因此我从下面几方面谈谈自己的对大 学爱情观。 2 2、什么是健康的爱情：、什么是健康的爱情： 1) 尊重对方，不显示对爱情的占有欲，不 把爱情放第一位，不痴情过分； 2) 理解对方，互相关心，互相支持，互相 鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合； 3 3、什么是不健康的爱情：、什么是不健康的爱情： 1)盲目的约会，忽视了学业; 2)过于痴情，一味地要求对方表露爱的 情怀，这种爱情常有病态的夸张; 3)缺乏体贴怜爱之心，只表现自己强烈 的占有欲; 4)偏重于外表的追求; 4 4、大学生处理两人的在爱情观需、大学生处理两人的在爱情观需 要三思：要三思： 1. 不影响学习： 大学恋爱可以说是一种必要的经历，学习是 大学的基本和主要任务，这两者之间有错综 复杂的关系，有的学生因为爱情，过分的忽 视了学习，把感情放在第一位；学习的时候 就认真的去学，不要去想爱情中的事，谈恋 爱的时候用心去谈，也可以交流下学习，互 相鼓励，共同进步。 2. 有足够的精力： 大学生活，说忙也会很忙，但说轻松也是相 对会轻松的！大学生恋爱必须合理安排自身 的精力，忙于学习的同时不能因为感情的事 情分心，不能在学习期间，放弃学习而去谈 感情，把握合理的精力，分配好学习和感情。 3、有合理的时间； 大学时间可以分为学习和生活时间，合理把 握好学习时间和生活时间的“度”很重要； 学习的时候，不能分配学习时间去安排两人 的在一起的事情，应该以学习为第一；生活 时间，两人可以相互谈谈恋爱，用心去谈， 也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。 5 5、大学生对爱情需要认识与理解，、大学生对爱情需要认识与理解， 主要涉及到以下几个方面：主要涉及到以下几个方面： （1）明明确确学学生生的的主主要要任任务务 “放弃时间的人，时间也会放弃他 。”大学时代是吸纳知识、增长才干的 时期。作为当代大学生，要认识到现在 的任务是学习 学习做人、学习知 识、学习为人民服务的本领。在校大学 生要集中精力，投入到学习和社会实践 中，而不是因把过多的精力、时间用于 谈情说爱浪费宝贵的青春年华。因此， 明确自己的目标，规划自己的学习道路 ，合理分配好学习和恋爱的地位。 （2） 树树林林正正确确的的恋恋爱爱观观 提倡志同道合、有默契、相互喜欢 的爱情：在恋人的选择上最重要的条件 应该是志同道合，思想品德、事业理想 和生活情趣等大体一致。 摆正爱情与学习、事业的关系：大 学生应该把学习、事业放在首位，摆正 爱情与学习、事业的关系，不能把宝贵 的大学时间，锻炼自身的时间都用于谈 情说有爱而放松了学习。 相互理解、相互信任，是一份责 任和奉献。爱情是奉献而不时索取，是 拥有而不是占有。身边的人与事时刻为 我们敲响警钟，不再让悲剧重演。生命 只有一次，不会重来，大学生一定要树 立正确的爱情观。 （3） 发发展展健健康康的的恋恋爱爱行行为为 在当今大学校园，情侣成双入对 已司空见惯。抑制大学生恋爱是不实际 的，大学生一定要发展健康的恋爱行为 。与恋人多谈谈学习与工作，把恋爱行 为限制在社会规范内，不致越轨，要使 爱情沿着健康的道路发展。正如马克思 所说： “在我看来，真正的爱情是表现 在恋人对他的偶像采取含蓄、谦恭甚至 羞涩的态度，而绝不是表现在随意流露 热情和过早