张涵，舒东利

（中国中铁二院工程集团有限责任公司 土建三院，四川 成都 610031）

空间交叉隧道下穿地表建筑物沉降分析

张涵，舒东利

（中国中铁二院工程集团有限责任公司 土建三院，四川 成都 610031）

成昆线由于线路选线、政府规划等原因，冉家湾隧道D6K585+006—+060段下穿攀枝花市三线建设博物馆，上跨保安营隧道，呈空间交叉状。由于其复杂的空间位置关系，两隧道施工均会对地表沉降产生影响，通过资料调研对空间交叉隧道下穿地表建筑物的沉降控制标准进行分析，通过FLAC 3D有限差分软件对下穿地表建筑物沉降进行数值模拟，得出冉家湾隧道下穿博物馆沉降满足相关规范要求。

空间交叉隧道；下穿建筑物；地表沉降；控制标准

我国铁路建设过程中，经常会遇到隧道下穿建筑物情况[1-4]，但空间交叉隧道下穿建筑物的情况较少，其空间位置复杂，相互影响较大，空间交叉隧道施工过程中采取相应加固措施控制建筑物沉降是保证安全施工的基础。以成昆线冉家湾隧道、保安营隧道下穿攀枝花三线建设博物馆（简称三线博物馆）为例，对空间交叉隧道下穿建筑物的沉降值及其控制标准进行分析。

1 工程概况

冉家湾隧道于金沙江南岸省道上方、在建丽攀高速公路下方进洞，经过阿署达村，下穿攀钢集团尾矿库及三线博物馆后，于五十一中学东面攀枝花市涂料厂附近出洞，隧道起讫里程D6K572+891—D6K585+652，全长12 761 m，最大埋深约620 m。

D6K584+600—D6K584+900段下穿攀枝花市三线博物馆，该段最小埋深约44 m。冉家湾隧道下穿三线博物馆的同时与保安营隧道空间相交，其最小净距7.99 m，空间位置关系见图1。

图1 冉家湾隧道下穿博物馆上跨保安营隧道空间位置关系

跨度较小断面常采用全断面法或台阶法开挖；跨度较大断面常采用台阶法或双侧壁导坑法开挖，3种施工工法比较见表1。

表 1 3种施工工法比较

保安营隧道初支厚度22 cm，二衬厚度45 cm，隧道高度H为9.06 m，隧道跨度B为6.59 m。初支喷射混凝土标号C25，二衬混凝土标号C35，主筋配筋φ18@250。保安营隧道跨度较小，经初步比选采用台阶法开挖较为合理。

冉家湾隧道初支厚度27 cm，二衬厚度50 cm，隧道高度H为11.57 m，隧道跨度B为12.96 m。初支喷射混凝土标号C25，二衬混凝土标号C35，主筋配筋φ25@400。冉家湾隧道跨度较大，经初步比选采用双侧壁导坑法施工较为合理。

冉家湾隧道实际施工采用双侧壁导坑法施工，循环进尺1 m，保安营隧道实际施工采用台阶法施工，冉家湾隧道、保安营隧道施工工序见图2、图3。

2 沉降控制标准

关于沉降控制标准可参考相关的监控量测规范，DB 11T490—2007《地铁工程监控量测技术规范》[5]中，对地表沉降的控制标准为30 mm。地铁工程地表沉降控制标准见表2。

GB 5007—2011《建筑地基基础设计规范》中[6]，对地表沉降的控制为不大于200 mm。建筑地基基础沉降控制标准见表3。

北京地区根据建（构）筑物的类型及高度等因素，制定相关的地方建（构）筑物变形控制标准（见表4）。对于一般建（构）筑物的沉降控制标准按表4选用，对于年代久远、列入文物保护的建（构）筑物应进行专题研究，确定其控制标准。对于本工程，地表沉降控制标准取20 mm。

通过以上对规范的研究分析，北京地区临近建（构）筑物的地表沉降控制标准最为严格，冉家湾隧道下穿三线博物馆的地表沉降控制标准可以此为参考并进行分析。

图2 冉家湾隧道双侧壁导坑法施工工序

图3 保安营隧道台阶法施工工序

表2 地铁工程地铁沉降控制标准 mm

表3 建筑地基基础沉降控制标准 mm

表4 北京地区建（构）筑物沉降控制标准

3 下穿建筑物沉降分析

3.1 计算模型

采用FLAC 3D有限差分软件模拟隧道的施工开挖过程，建立隧道的模型（见图4、图5）。隧道覆土高度49.11 m，左右边界距隧道中心30 m，施加水平方向约束，底部边界距隧道28 m，施加垂直方向约束，总模型尺寸长×宽×高为60 m×60 m×92 m。

3.2 计算参数

下穿三线博物馆段围岩级别划分为V级，V级围岩参数取值参照TB 10003—2005《铁路隧道规范》，V级围岩参数取规范中最弱参数进行计算。冉家湾隧道和保安营隧道初支、二衬、钢支撑参数设计图和规范进行取值。计算参数见表5。

三线建设博物馆占地面积40 000 m2，建筑总面积24 000 m2，项目总投资3.2亿元。博物馆的展厅共3层，展厅面积6 500 m2。攀枝花历史展厅、多功能厅、临展厅占一层，面积为1 200 m2；三线建设展厅占两层，加上序厅，面积为5 300 m2。

图4 整体计算模型

图5 不同施工方法计算模型

三线博物馆工程分博物馆区、办公区及设备用房3个部分。其中博物馆区地上层数为8层，建筑荷载最大，取博物馆区建筑荷载计算进行加载。

表5 计算参数

有关博物馆的荷载计算参照攀枝花博物馆结构设计图纸及GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》[7]进行计算取值。荷载分永久荷载及活载，永久荷载主要为建筑物自重，建筑物按钢筋混凝土结构考虑，重度取2.5 kN/m3。活载按设计图纸及GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》取值，根据设计说明主展厅及临时展厅楼面活载取值为5 kPa，配电房、发电机房活载取值10 kPa。

根据结构剖面图，永久荷载根据楼层高度取值，博物馆最大高差为46 m，因此永久荷载2.5×46=115 kPa；活载根据每层楼的用途进行叠加，活载取值3×5+10×2=35 kPa。因此，考虑永久荷载和活载的荷载组合，总荷载取值为115×1.35+35×1.40=204.25 kPa。

计算初始平衡时，在模型顶部施加建筑荷载204.25 kPa。

3.3 地表沉降分析

地表沉降监测断面布置见图6。

首先保安营隧道按台阶法施工，施工稳定后，再施工冉家湾隧道。地表沉降计算结果见图7、图8。提取地表沉降计算结果，绘制沉降曲线见图9、图10。

保安营隧道开挖完成后最大地表沉降5.65 mm，由于其隧道断面小，距离地表距离较大，因此隧道开挖对地表沉降影响较小。

图6 地表沉降监测断面布置

图7 保安营隧道开挖完成后沉降云图

图8 保安营隧道开挖完成后局部地表沉降云图

分别以全断面法、台阶法和双侧壁导坑法开挖冉家湾隧道。以双侧壁导坑法开挖为例，地表沉降计算结果见图11、图12。提取3种不同施工方法开挖地表沉降，绘制横向30 m断面和纵向60 m断面地表沉降曲线（见图13、图14）。

冉家湾隧道以全断面法开挖最大地表沉降13.56 mm；以台阶法开挖最大地表沉降13.40 mm；以双侧壁导坑法开挖最大地表沉降为12.10 mm，地表沉降均在规范允许值范围内。结合适用条件、结构安全性以及地表沉降等因素，双侧壁导坑法较优。

图9 保安营隧道开挖完成后横向地表沉降曲线

图10 保安营隧道开挖完成后纵向地表沉降曲线

图11 冉家湾隧道双侧壁导坑法开挖沉降云图

图12 冉家湾隧道双侧壁导坑法开挖局部地表沉降云图

图13 冉家湾隧道3种开挖方法横向30 m断面地表沉降曲线

图14 冉家湾隧道不同施工方法纵向60 m断面地表沉降曲线

4 结论

参照国内建筑规范及地铁规范，确定下穿建筑物沉降控制标准，建立空间交叉隧道下穿建筑物模型，确定围岩及支护参数，对空间相交隧道下穿建筑物模拟分析得出以下结论：

（1）参考国内不同地区的建筑基础规范，对空间交叉隧道下穿建筑物沉降控制标准分析，确定下穿建筑物沉降值参考北京地区标准为20 mm。

（2）参考GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》计算博物馆荷载为204.25 kPa，并按均布荷载施加于地表。

（3）通过数值模拟分析得出保安营隧道开挖支护完成后，地表沉降值为5.65 mm。综合适用条件、结构安全性和地表沉降等因素，冉家湾隧道以双侧壁导坑法开挖较优，开挖支护完成后地表沉降值为12.10 mm，满足相关规范要求。

[1] 刘波，陶龙光，李希平，等. 地铁盾构隧道下穿建筑基础诱发地层变形研究[J]. 地下空间与工程学报，2006(4)：621-626.

[2] 丁涛. 浅埋隧道下穿高层建筑稳定性及相互影响研究[D]. 青岛：青岛理工大学，2013.

[3] 张学富，刘佳祥，丁燕平，等. 下穿高层建筑特大跨度超大断面偏压隧道施工方法研究[J]. 铁道学报，2012(5)：107-113.

[4] 张继清. 超浅埋大直径盾构穿越海河的设计施工关键技术[J]. 中国铁路，2015(7)：69-73.

[5] DB 11T490—2007 地铁工程监控量测技术规范[S].

[6] GB 5007—2011 建筑地基基础设计规范[S].

[7] GB 50009—2012 建筑结构荷载规范[S].

责任编辑 李葳

Analysis on Settlement of Surface Building for Underneath Pass of Spatial Crossing Tunnel

ZHANG Han，SHU Dongli
（Civil Engineering Sanyuan，China Railway Eryuan Engineering Group Co Ltd，Chengdu Sichuan 610031，China）

Due to the railway line selection and government plan, the section D6K585+006—+060 of the Ranjiawan Tunnel for Chengdu-Kunming Line underneath passes the Third Line Construction in Guizhou Museum of Panzhihua City, bestrides the Baoanying Tunnel, forming spatial crossing tunnels. On account of the complex spatial position, the tunnel construction shall cause the settlement of surface building. Analyzing the settlement management standards of surface building underneath passing by the spatial crossing tunnels and stimulating the data with 3D finite difference software FLAC, this paper obtains that Ranjiawan Tunnel underneath pass the museum meet the related regulations and requirements.

spatial crossing tunnel；underneath passing building；ground surface settlement；management standard

U445.4

A

1001-683X（2017）04-0085-06

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.04.085

2017-01-23

张涵（1982—），男，工程师，硕士。E-mail：33393895@qq.com