城市隧道施工对既有建筑物的影响及安全控制研究

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在进行城市隧道建设过程中,将不可避免的出现穿越或邻近密集建筑群的情况,而这些建筑物群往往年久失修、结构强度降低,抵抗隧道施工扰动的能力也随之下降,隧道开挖作业必将对这些建筑物的安全和使用造成极大影响。因此,研究城市隧道施工对地面既有建筑物的影响及地面建筑物的安全控制就具有重要的现实意义。本文在对国内外相关文献资料进行广泛调研的基础上,以厦门成功大道一期工程JC3标段隧道穿越地面密集建筑物群工程为背景,采用理论研究、数值模拟、现场监测数据分析和模糊综合评价相结合的方法,就城市隧道施工对地面既有建筑物的影响及建筑物的安全控制等问题进行了系统深入的研究,主要研究内容和成果如下:(1)借鉴建筑工程中针对地基-基础-上部结构共同作用的原理,提出隧道-土体-上部结构共同作用的思想,采用大型有限元软件ABAQUS,将隧道、土体和上部结构作为一个整体,建立三维模型,模拟隧道的开挖过程,分析计算了地表的变形规律,地面砌体结构和框架结构两类建筑物在三种工况条件,即建筑物位于隧道正上方、建筑物位于隧道施工造成地表沉降槽的反弯点处和建筑物位于隧道施工造成地表沉降槽边缘处三种条件下的变形规律和彼此的异同点,结果表明:建筑物与隧道的邻近关系和建筑物的变形有着密切联系;(2)基于厦门成功大道一期工程JC3标段的实测数据,分析了在不同隧道开挖方法条件下,地表及地面建筑物的沉降规律,比较研究了建筑物沉降与邻近地表沉降之间的差异所在,探讨了地表沉降在有无建筑物情况下的区别。结果表明:采用不同隧道开挖方法,地表、建筑物的沉降规律也不相同,隧道开挖持续时间的长短对地表、建筑物的沉降有较大影响,地表沉降除受到隧道开挖的影响外,毗邻建筑物对其的约束作用也十分明显;(3)分析了隧道施工引起地层变形和移动的机理,地层变形和移动造成地面建筑物损害的原因和表现形式,指出三阶段评价法是目前建筑物损害最有效的评价方法。在对国内外各种建筑物安全控制标准的综合分析研究的基础上,提出了适用的建筑物安全控制指标,并通过数值模拟和现场实测数据分析的研究手段,结合厦门成功大道一期工程JC3标段,确定了该工程控制指标的允许值及隧道关键施工步序对应的控制标准值,指导了现场工程施工,确保了工程及其周围环境的安全;(4)通过对既有建筑物可靠性常用评价方法的对比分析,指出模糊综合评价法是有效可行的方法。针对传统既有建筑物可靠性评价方法的静态性和片面性缺陷,综合考虑建筑物自身特点、隧道工程特征、现场监测结果等多方面因素,对建筑物进行了实时动态的模糊综合评价,并根据评价结果确定后续隧道施工方案,有针对性的采取建筑物安全防护措施。该评价方法应用到厦门成功大道一期工程JC3标段实际案例中,取得了良好的效果,证明该方法能有效、快速、准确地确定建筑物的安全状态,具有很好的应用前景。
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