摘要：隧道施工引起隧道周围地表发生变形并可能危及周围地面建筑设施安全，因此，施工前需要了解隧道施工对周围建筑物的影响。本文以北京地铁10号线2期盾构隧道穿越大从大厦为典型实例，用FLAC3D程序进行了数值模拟的研究。首先根据实际测量的数据对建筑物的现状进行了分析，然后对数值模拟的结果进行对比分析，研究了由于盾构施工所引起的土体位移场的变化趋势以及地层沉降对该建筑物独立基础的影响，预测了独立基础的不均匀沉降。提出了盾构隧道下穿独立基础建筑物的安全评价方法，为日后有关盾构隧道穿越建筑物问题提供了参考。
　　关键词：盾构施工；数值模拟；独立基础；FLAC3D

    1．引言

    随着我国城市化进程的加快和城市建设的蓬勃发展，可供利用的地面城市交通面积越显不足，加快城市地下铁道的建设已越来越受到人们的重视[1-2]。受既有建(构)筑物、地质条件的限制，新建地铁隧道近距离穿越建(构)筑物的现象越来越多。盾构隧道开挖过程中不可避免的要引起地层变形[3]，当地层变形超过一定的限度时，将会严重危及邻近建筑的安全。北京地铁10号线2期前泥洼站~西局站区间盾构隧道穿越大从大厦地基基础，必然会对其基础产生一定影响，因此有必要对其进行研究。
　　本文首先根据实地测量的数据对建筑物现状进行了分析，然后采用FLAC3D软件对盾构隧道开挖过程中建筑物地基基础的不均匀沉降进行了预测。

　　2．工程概况与岩土条件

    2.1 工程概况
    地铁十号线二期工程02标前～西区间盾构右线拟从大从大厦西侧地基基础领域穿过，其中右线隧道距离大从大厦水平最小净距离约为1.70m。该建筑物基底高于右线隧道顶之竖向净距约9.07m。
    2.2 建筑物概况
    大从大厦于1996年竣工，为一地上5～6层框架结构建筑物，独立基础，基底高程42.20m。基础板宽1400~5100mm，厚600mm。
　　为确定建筑物地基基础在盾构隧道施工前已经发生的不均匀沉降，应首先对建筑物现状进行测量。从测量的结果上看建筑物地基基础的平均沉降为18mm，相邻柱基不均匀沉降南北方向最大值为0.0012l，东西方向最大值为0.00035l(l为相邻柱基的中心距离)。
　　2.3 岩土工程条件
    拟建场地位于北京城区西南平原地区，地貌位置为永定河冲洪积扇的中上部，属于古漯水河故道及古金沟河故道与古漯水河故道交汇处。沿线地形基本平坦，起伏不大，土层以第四纪冲积、洪积土层为主。地势基本平缓，地面以市政道路为主，地面标高介于44.92～46.05m。场地与周围地形基本相平，场地周围地面建筑物密集。地基土层主要由杂填土、粉细砂、粘质粉土及卵石等组成。有关结构和地基荷载参考了相关规程、规范和设计资料。

    3．数值模拟分析

    3.1 数值模拟目的与方法
    本文通过模拟盾构隧道施工，研究了施工过程对建筑物独立基础的影响，得出了土体的位移场及地层下沉情况的变化规律，预测了独立基础的不均匀沉降。
　　在模拟的方法上本文选用了FLAC3D软件，FLAC3D(拉格朗日元法)是一种三维显函数有限差分程序，可对连续介质进行大变形分析，是目前世界上最优秀的岩土力学数值计算软件之一，这套软件在模拟支护体方面提供了梁、桩、锚杆、壳体等多种结构单元，非常适合于研究隧道开挖等岩土工程问题[4-5]。
　　3.2 模型描述
    1）计算域的确定
    根据盾构隧道的设计条件，计算域确定为：上至地面，下至盾构隧道底板20m，横向取隧道中心线两侧各100m，模型边界距离大从大厦独立基础的最小距离为50m。开挖后模型网格剖分如图4所示。
　　2）边界条件
    模型侧面和底面为位移边界，侧面限制水平移动，底部限制垂直移动，模型上面为地表，取为自由边界。
　　3）强度准则，变形条件
    土体模型采用弹塑性理论计算，土体材料模型采用摩尔-库仑准则，变形模式采用大应变变形模式进行计算。盾构隧道的管片：钢筋混凝土管片，采用弹性本构模型模拟，管片厚度300mm，单元模型采用壳体实体单元。
　　3.3 计算结果分析
    模型计算时，开挖隧道使用FLAC3D中“modelnull”命令，根据实际情况，首先开挖距离建筑物基础较远的左线隧道，隧道贯通后以相反方向开挖右线隧道。
　　从计算结果可以得出以下结论：
　　（1）盾构隧道开挖后，地表最大沉降出现在隧道的上方，约为15mm。
　　（2）盾构隧道贯通后，建筑物地基基础的最大沉降出现在建筑物西南角。基础最大沉降量为7.85mm。
　　（3）由于盾构隧道沿建筑物地基基础西侧邻域穿过，使得建筑物地基基础西侧沉降较大，向东逐渐减小，独立基础最大差异沉降为4.8mm，约为0.0007l，发生在南侧一排独立基础位置。

　　4．综合评估

    根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)规定，对于框架结构相邻柱基的沉降差允许值为0.002l(l为相邻柱基的中心距离)。在盾构隧道开挖后，建筑物地基基础的沉降主要有两部分组成，一部分为隧道开挖前建筑物已经发生的沉降，另一部分为由于隧道开挖所引起的沉降。在两方面的共同作用下，建筑物相邻柱基的沉降差应小于规范规定的0.002l，才能保证建筑物的正常使用。从现状看，建筑物地基基础的倾斜主要为南北向倾斜，相邻柱基沉降差最大值为0.0012l，东西向为0.00035l。从模拟的结果看，盾构隧道开挖后建筑物地基基础的沉降差主要发生在东西方向上，相邻柱基不均匀沉降最大值为0.0007l，隧道开挖不引起建筑物柱基南北向沉降差。

　　5．结论

    （1）当考虑盾构隧道施工对地基基础的影响问题时不能忽略建筑物现有的倾斜与沉降，应综合考虑分析建筑物地基基础现有的变形和由于盾构施工引起的基础附加变形，在两者的共同作用下基础的变形在规范规定的限值以内，才能保证建筑物在隧道施工的过程以及使用过程中的正常使用。
　　（2）综合考虑大从大厦独立基础现有的变形以及数值模拟的结果在隧道贯通后建筑物相邻柱基的沉降差无论在东西方向以及南北方向都小于规范规定的0.002l，即盾构隧道开挖不影响该建筑物的正常使用。

　　参考文献
    [1] 李方政，杨林生，王圣公．拉格朗日元法在地铁联络通道施工中的应用［J］．煤炭科学技术，2000(10)
    [2] 中华人民共和国建设部主编．建筑地基基础设计规范[s](GB5007—2002)．北京：中国建筑工业出版社，2002
    [3] 张云，殷宗泽，徐永福．盾构法隧道引起的地表变形分析[J]．岩石力学与工程学报，2002，21(3)：388～392
    [4] 阳军生，刘宝琛．城市隧道施工引起的地表移动与变形[M]．北京：中国铁道出版社，2002
    [5] 张印涛．盾构施工引起的地表沉降研究[D]：[学位论文]．北京工业大学建筑工程学院，2004：15～23

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