【正文】 園” A、 B、 C、 D 四棟 17 至 24 層的高層建筑，且 D 棟高層建筑距離南側(cè)新客運南站明挖基坑凈距僅為 10m。四棟建筑的基礎(chǔ)采用柱下獨 立基礎(chǔ)加系梁結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)下設(shè)置 12m 長砂漿錨桿，錨桿底至隧道頂最小距離約 ，且該隧道埋深 15～ 20m。房屋砂漿錨桿的持力層為強風(fēng)化花崗巖，地基主要為風(fēng)化花崗巖，局部建筑基礎(chǔ)位于粉質(zhì)黏土地層上。 怡和金領(lǐng)苑D座E座F座G座A座砼17砼18C座砼17砼22砼22砼24新建畔山豪園砼17B座混6右線隧道左線隧道 圖 隧道與建筑群相對位置 關(guān)系 3 砂漿錨桿入強風(fēng)化巖層1 2 m承臺1 m 厚畔山豪園 A 棟 2 4 層樓右線隧道左線隧道右線隧道左線隧道畔山豪園 B棟 1 17層 樓砂漿錨桿入強風(fēng)化巖層12m承臺1m厚 圖 A 棟剖面圖 圖 B 棟剖面圖 右線隧道左線隧道畔山豪園 C 棟 1 5 、1 7 層樓砂漿錨桿入強風(fēng)化巖層1 2 m承臺1 m 厚承臺1 m 厚畔山豪園 D 棟 15 層樓畔山豪園 D 棟 17 層樓 17 層樓 畔山豪園 E 棟右線隧道左線隧道砂漿錨桿入強風(fēng)化巖層1 2 m 圖 C 棟剖面圖 圖 D 棟剖面圖 對于建筑基礎(chǔ)在風(fēng)化巖的情況，下穿隧道施工以及近鄰基坑施工擾動會破壞地基巖層的整體結(jié) 構(gòu)性，影響建筑物天然地基承載力以及砂漿錨桿與巖土體之間的粘結(jié)抗拔力；對于建筑基礎(chǔ)在軟黏土的情況，由于隧道開挖過程中水與軟夾層的流失極易引起上覆軟土地層發(fā)生失水而產(chǎn)生再固結(jié)沉降，對地面建筑物的安全造成不利影響；下穿距離將近 200m，容易形成連續(xù)的下沉區(qū)，由于左線隧道側(cè)穿、右線隧道下穿，因此對建筑影響是不對稱的，容易導(dǎo)致差異沉降。同時對左線隧道而言，高層建筑荷載的不對稱，隧道結(jié)構(gòu)會受到偏壓作用，對隧道的受力會也有一定影響；該段礦山法隧道施工中涉及到爆破，會對隧道一定范圍內(nèi)的圍巖造成擾動進(jìn)而引起更大的沉降，并且會 對既有建筑物的安全使用帶來不利影響。 此類問題 均是該段隧道下穿高層建筑施工過程中存在的重大風(fēng)險，為推進(jìn)珠三角莞惠城際鐵路隧道的建設(shè)，同時保證周邊重要、敏感建筑物的安全，急需對城際鐵路隧道近距離下穿對鄰近高層建筑物的影響及施工控制措施研究進(jìn)行科研立項。利用理論分析、數(shù)值仿真模擬、現(xiàn)場試驗等手段 開展隧道開挖自身安全性分析及其對高層建筑物穩(wěn)定性和抗震性能的影響分析，再結(jié)合國內(nèi)外類似工程處置相關(guān)案例 4 的調(diào)研資料，提出隧道開挖安全設(shè)計以及建筑物安全保護(hù)的比選方案，并進(jìn)行改良方案實施效果的數(shù)值仿真 及現(xiàn)場試驗 ，最后提出適宜 本工程并具推廣價值的方案。 二、 項目前期科研及工作基礎(chǔ) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隧道開挖對地面建筑物影響研究現(xiàn)狀 過去對于隧道開挖引起的建筑物損害的研究工作一般可分為三大類：第一種為經(jīng)驗法，該法基于歷史案例的編撰及研究損害與易量測或易定義的參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系；第二種方法考慮了結(jié)構(gòu)工程的原理，以便獲得基于所選結(jié)構(gòu)尺寸及材料參數(shù)的容許極限沉降，并將推導(dǎo)出的極限值與歷史實際案例相對比；第三種方法可總結(jié)為數(shù)值計算與案例統(tǒng)計損害標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合。 加拿大 Alberta 大學(xué)土木與環(huán)境工程系的 Z． Esenstein 認(rèn)為城市 隧道的最大挑戰(zhàn)在于地層穩(wěn)定性的控制及作為控制設(shè)計準(zhǔn)則的變形必須處于可容許的地表沉降極限范圍內(nèi)。而城市地表變形的極限值大小取決于地面建筑物的結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)所處周圍環(huán)境條件及它們運營的功能要求。由于城市小凈距隧道開挖跨度大，埋深淺，一旦控制不當(dāng)，建筑物極易出現(xiàn)超過極限值的沉降或差異沉降，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫甚至破壞。 Breth amp。 Chambosse (1974) 和 Frischmann 等 (1994) 分析了隧道在框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)建筑物下掘進(jìn)時引起的地面沉降，發(fā)現(xiàn)實測的地面沉降槽寬度比不考慮建筑物剛度時的預(yù)測 結(jié)果寬得多，地面沉降則小得多，指出在預(yù)計隧道掘進(jìn)對建筑物影響時必須考慮建筑物剛度的貢獻(xiàn)。 Forth amp。 Thorley (1996)觀測了一座建在直徑 2m的挖孔樁基礎(chǔ)上的 31 層高樓，當(dāng)兩條直徑 隧道從旁掘進(jìn)時引起的建筑物沉降，靠近隧道處的基礎(chǔ)沉降達(dá)到12mm，認(rèn)為沉降的主要原因是地層發(fā)生指向隧道的豎向位移導(dǎo)致樁側(cè)摩阻力減小。 在爆破技術(shù)方面，微差爆破技術(shù)于二十世紀(jì) 30 年代被首次采用，以后被逐漸推廣開來。 認(rèn)為，應(yīng)用微差爆破的目的是控制爆破振動對周圍建筑物的影響，基于兩個相差半個周期的地 震波疊加可以降低爆破地震的振幅，建議合理的微差時間采用 825ms。 5 Kotai 指出，巖石破壞是爆破波干擾的結(jié)果，并強化和相應(yīng)延長了巖石振動持續(xù)時間，考慮到波長和波在巖體內(nèi)通過的時間，提出合理的微差時間為 20ms。 綜上所述，隧道開挖對于地表建筑物沉降的影響研究較多，對于地面建筑物對下穿隧道的影響，特別是高層地面建筑物對隧道形成超載、偏載現(xiàn)象所需要的隧道結(jié)構(gòu)補強措施研究較少。特別是近旁基坑開挖先行卸荷，下穿隧道二次卸荷，以及下穿隧道破除圍護(hù)進(jìn)入基坑等組合工況對地面建筑物的影響以及對應(yīng)的施工控制措施等方面鮮 有研究。另外，研究方法多集中于理論研究與數(shù)值分析，少有通過現(xiàn)場試驗對施工效果反演分析優(yōu)化施工參數(shù)的研究案例，因此其分析結(jié)果不能很好地與實際情況相結(jié)合。 鄰近施工時建筑物保護(hù)措施研究現(xiàn)狀 Skempton amp。 MacDonald(1956)，總結(jié)和對比了 98 個例子以確定地表允許的總沉降和差異沉降。認(rèn)為造成建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的是地表沉降曲線的曲率半徑，而不是建筑物的整體變形角，但是變形角易測而曲率半徑難得，因而把變形角作為判斷損害的標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)中沒有考慮建筑物長寬比、剪切、彎曲的影響。 駱建軍等提出建筑物的 一般保護(hù)和加固措施，根據(jù)工程實際情況可以進(jìn)行地層注漿、隔離樁等措施，嚴(yán)重時可以采用建筑物樁基托換或加固措施。 深圳地鐵一期工程的老街車站，臨近繁華商業(yè)區(qū)。在老街站工程基坑開挖與其地下連續(xù)墻的施工過程中，對附近一棟七層樓地基土體產(chǎn)生擾動引起該樓發(fā)生最大達(dá) 的沉降并向基坑方向傾斜。通過采用雙層管雙栓塞的靜壓注漿工法進(jìn)行加固和調(diào)整車站施工方案的方法防止了該樓的繼續(xù)沉降。 廣州東站～燕塘站區(qū)間為礦山法隧道，在里程 YDK0+386 處設(shè)置有施工豎井及橫通道。由于豎井開挖引起臨近建筑沉降嚴(yán)重超限，燕嶺大廈 C 棟 宿舍靠近豎井方向最大沉降達(dá)到 。為對周圍建筑進(jìn)行保護(hù)，在燕嶺大廈 C 棟周邊設(shè)置雙排袖閥管對燕嶺大廈 C 棟的樁基持力層，進(jìn)行注漿加固。通過注漿加固，效果明顯。 可見對于建筑物保護(hù)措施方面停留在小面積土體卸荷層面，對于建筑物近鄰基坑土體開挖卸荷、下穿隧道施工土體卸荷的大面積復(fù)雜土體卸荷時建筑物保護(hù)措施鮮有研究，對于上覆軟土下臥風(fēng)化巖地區(qū)建筑物天然地基以及砂漿錨桿抗拔樁組合基礎(chǔ)形式下建筑物保護(hù)措施也亟待進(jìn)行研究。 6 前期工作 經(jīng)過調(diào)研、收集和分析國內(nèi)外相關(guān) 近接 工程 （下穿、側(cè)穿及臨近） 的文獻(xiàn)和資料，并已與國 內(nèi)有關(guān)高校和科研機構(gòu)開展技術(shù)交流與合作，在消化吸收國內(nèi)外最新研究成果的基礎(chǔ)上，對本工程項目中存在的問題進(jìn)行分析、交流， 并初步制定科研項目實施方案 。 三 、 項目研究開發(fā)實施方案 關(guān)鍵問題 目前針對隧道及地下工程近接高層建筑物的研究主要集中在 隧道開挖對于地表建筑物沉降的影響研究較多， 且高層建筑物大都為樁基礎(chǔ) ，大部分工程都正對地鐵小斷面隧道 。 而對于 本項目所涉及的 城際鐵路礦山法 隧道施工對 高層建筑物基礎(chǔ)為天然地基及砂漿錨桿加系梁的影響規(guī)律鮮有研究 ， 因此本次研究的 研究 關(guān)鍵問題為 ： （ 1）高層建筑物附加荷載對隧道結(jié)構(gòu)的 影響分析及相關(guān)隧道設(shè)計參數(shù)的確定 ； （ 2） 左右線隧道小間距下穿對地上高層建筑的影響及安全控制措施研究 ； （ 3）礦山法隧道震動爆破對地表高層建筑 基礎(chǔ) 的影響分析及 控制標(biāo)準(zhǔn)； （ 3） 地上建筑物加固范圍的確定及施工關(guān)鍵技術(shù)研究 主要研究內(nèi)容 上覆軟黏土下臥風(fēng)化巖交互地層中地上建筑物基礎(chǔ)安全性控制指標(biāo)研究 調(diào)研國內(nèi)外基坑和隧道開挖引起鄰近建筑物基礎(chǔ)沉降、差異沉降等變形控制指標(biāo)以及建筑物基礎(chǔ)承載力、樁基粘結(jié)抗拔力失效等方面的控制指標(biāo)，再針對本工程軟硬交互變化地質(zhì)條件下建筑物天然基礎(chǔ)、砂漿錨桿加系梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的 特點，提出周邊卸載情況下有效反映本工程地上建筑物基礎(chǔ)變形及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)受力失效等方面的安全性控制指標(biāo)及其建議限值。 小間距左右線隧道下穿對地上高層建筑的影響及施工控制措施研究 （ 1）地上建筑物附加荷載對隧道結(jié)構(gòu)的影響及其補強措施研究 根據(jù)地上建筑物與下穿隧道的相互位置關(guān)系，研究建筑物位于隧道正上方、斜上方時超載、偏載等不同附加荷載模式情況下對隧道結(jié)構(gòu)的影響，分區(qū)段提出噴射混凝土強度、厚度及鋼拱架間距等初期支護(hù)參數(shù)以及二襯結(jié)構(gòu)參數(shù)。 7 （ 2）爆破施工對建筑物基礎(chǔ)的影響及其控制措施研究 分析隧道爆破施工時速 度、加速度等指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，預(yù)測本段隧道爆破荷載對建筑物基礎(chǔ)砂漿錨桿粘結(jié)阻力以及抗拔效果的影響，對比預(yù)裂爆破、光面爆破等提出適合本建筑物下穿段的合理爆破方案。 （ 3）隧道施工對地上建筑物的影響及其控制措施研究 ① 在單線隧道開挖工況下，對比中隔壁法與交叉中隔壁等開挖方法，考慮隧道爆破施工控制，研究不同施工方法對建筑物基礎(chǔ)砂漿錨桿抗拔錨固力、粘結(jié)阻力等的影響規(guī)律及其影響程度，研究中隔墻左右合理的分步施工工序以及各開挖步之間的合理錯距等。 ② 考慮施工 效率、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與地上建筑物變形，研究合理的拆撐時機、拆撐工序以及二襯施作時機。 ③ 在上覆粉質(zhì)黏土下臥風(fēng)化花崗巖交叉變化土層中，結(jié)合滲流固結(jié)理論，分析隧道開挖過程中水與軟夾層流失對建筑物變形及其內(nèi)力的影響，并針對典型工況提出施工控制對策。 ④ 基于單線隧道開挖對地上建筑物的影響，研究左右線隧道開挖下穿過程對地上建筑基礎(chǔ)影響的疊加效應(yīng)，重點對比分析左右線隧道并行施工與錯距施工對拱頂附近建筑物砂漿錨桿基礎(chǔ)內(nèi)力以及建筑物變形、差異變形的影響，旨在提出左右 兩線的合理施工錯距。 ⑤ 考慮地上建筑物超載、偏載以及小間距左右線隧道施工的相互影響，研究左右線隧道下穿施工時超前預(yù)支護(hù)形式及其布置角度、間距等施工參數(shù)。 （ 4）施工控制方案的優(yōu)化 依據(jù)上述建議的施工控制方案與建筑物基礎(chǔ)安全性控制指標(biāo)及其限值，在左右線隧道下穿建筑物施工之前，設(shè)置 100~200m 長度的隧道開挖試驗段，結(jié)合隧道開挖施工對周圍風(fēng)化巖以及軟土層應(yīng)力場、位移場的實際控制效果以及隧道拱頂沉降、洞周收斂變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的實際變化情況，對巖土層力學(xué)參數(shù)進(jìn)行反演分析，進(jìn)而通過 及時調(diào)整中隔墻兩側(cè)開挖進(jìn)尺、左右線掌子面錯距等施工掘進(jìn)參數(shù)實現(xiàn)對開挖方案的進(jìn)一步優(yōu)化，以期在隧道穿越建筑物地段達(dá)到施工參數(shù)的最佳組合。 8 地 表 建筑物加固措施研究 根據(jù)以上左右線隧道小間距施工以及雙重巖土體卸載對地上建筑物變形及其砂漿錨桿基礎(chǔ)的影響規(guī)律，確定影響程度與影響范圍，研究適合于高層建筑砂漿錨桿基礎(chǔ)的合理加固措施，以控制基坑施工、隧道施工及大面積巖土體卸荷對地上建筑物變形以及基礎(chǔ)承載、砂漿錨桿抗拔等方面的影響。 技術(shù)路線 擬通過 資料 調(diào)研、理論分析、現(xiàn)場試驗與數(shù)值分析等研究手段，對上覆軟土下臥 風(fēng)化巖地區(qū) 城際 鐵路隧道近距離下穿高層建筑物的 修建技術(shù)進(jìn)行研究 。 總體 路線為 ：先進(jìn)行 資料調(diào)研、 理論分析，再結(jié)合數(shù)值模擬實驗進(jìn)行 研究，得出初步的結(jié)論；在隧道下穿建筑物施工之前設(shè)置開挖試驗段，以獲取隧道開挖、爆破施工對隧道結(jié)構(gòu)以及上覆地層變形與內(nèi)力影響的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行巖土體力學(xué)參數(shù)的反演分析，優(yōu)化后續(xù)下穿建筑物隧道施工參數(shù)，并進(jìn)一步對建筑物基礎(chǔ)加固措施的設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo) ， 再在施工中用現(xiàn)場試驗對初步結(jié)論進(jìn)行校對和補充，得出全面準(zhǔn)確的結(jié)論。在整個專題研究的過程中，邀請相關(guān)專家、學(xué)者（或教授）對整個研究過程進(jìn)行 咨詢或評估，組織相關(guān)研究人員到具有類似工程經(jīng)驗的國家（或地區(qū)）進(jìn)行考察。 技術(shù) 創(chuàng)新點 本次科研的主要創(chuàng)新點包括： （ 1）針對高層 建筑物位于 城際礦山法 隧道正上方、斜上方時超載、偏載等不同附加荷載模式情況下對隧道結(jié)構(gòu)的影響 進(jìn)行研究，提出分區(qū)段隧道支護(hù)參數(shù) 。 （ 2）針對 礦山法 隧道爆破相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行隧道爆破荷載對建筑物基礎(chǔ)砂漿錨桿粘結(jié)阻力以及抗拔效果的影響研究。 （ 3） 小凈距 城際鐵路礦山法 隧道施工 對 高層建筑物的影響 研究。 四、 研究 目標(biāo)及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo) 研究目標(biāo) 針對城際鐵路小間距隧道 近接高層建筑物，就 隧道開挖 自身安全性分析及其對高層建筑物穩(wěn)定性和抗震性能的影響 進(jìn)行研究 ，提出隧道開挖安全設(shè)計以及 高層 建 9 筑物安全保護(hù) 方案 ，并進(jìn)行方案實施效果的數(shù)值仿真及現(xiàn)場試驗 研究 ， 最終形成 具有推廣價值的 城際鐵路小間距隧道 下穿 高層建筑物的相關(guān)修建技術(shù)，以作為本工程的技術(shù)指導(dǎo)， 以保證隧道結(jié)構(gòu)及高層建筑物的安全，為今后類似工程建設(shè)提供參考、積累經(jīng)驗。 技術(shù)指標(biāo) （ 1） 針對各種不同 下穿 關(guān)系情況下，對 高層 建筑物附加荷載對 礦山法 隧道結(jié)構(gòu)的影響 進(jìn)行研究，提出隧道支護(hù)及結(jié)構(gòu)的分段設(shè)計參數(shù) 及 其他有效的輔助措施。 （ 2）通過隧道爆破施工 各項參數(shù)對建 筑物基礎(chǔ)的影響研究，提出適用于 本段隧道下穿高層建筑施工的爆破控制指標(biāo)及方案。 （ 3） 提出城際鐵路雙線小近距 礦山法 隧道下穿高層建筑 物的施工工法、開挖方案及相關(guān)控制措施等施工技術(shù)。 經(jīng)濟指標(biāo) 研究 提出 的各項措施及方案具有降低后續(xù)風(fēng)險投資的經(jīng)濟性。 五、項目研究開發(fā)進(jìn)度