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北京地铁土压平衡盾构施工对既有建筑物影响的多维度剖析与应对策略
一、引言
1.1研究背景与意义
随着城市化进程的不断加速,北京作为我国的首都,城市规模持续扩张,人口数量日益增长,交通拥堵问题愈发严重。地铁作为一种高效、便捷、环保的城市轨道交通方式,在缓解城市交通压力、优化城市交通结构、促进城市可持续发展等方面发挥着至关重要的作用。自1969年北京第一条地铁线路建成通车以来,北京地铁经历了从无到有、从线到网的飞速发展历程。截至目前,北京地铁已拥有27条线路,运营总里程达到807公里,形成了庞大而复杂的地铁网络,每日运送乘客量高达千万人次,成为北京市民出行的首选方式。
在地铁建设过程中,盾构施工技术因其具有施工速度快、对周围环境影响小、施工安全可靠等优点,被广泛应用于地铁隧道的建设。其中,土压平衡盾构施工技术凭借其独特的优势,在北京地铁建设中占据了重要地位。土压平衡盾构通过刀盘切削土体,将切削下来的土体进入土仓,利用土仓内的土压力与开挖面的水土压力保持平衡,从而保证开挖面的稳定。在掘进过程中,盾构机依靠千斤顶的推力向前推进,同时通过管片拼装系统将预制好的管片拼装成隧道衬砌,形成永久性的隧道结构。
然而,北京作为历史悠久的古都和现代化大都市,城市建筑密集,地下管线错综复杂。在进行地铁土压平衡盾构施工时,不可避免地会遇到近距离穿越或侧穿既有建筑物的情况。盾构施工过程中,由于盾构机的掘进、土体的开挖、管片的拼装以及注浆等施工活动,会对周围土体产生扰动,导致土体应力状态发生改变,进而引起土体变形和位移。这些变形和位移会传递到既有建筑物的地基上,可能导致既有建筑物出现沉降、倾斜、开裂等问题,严重影响建筑物的结构安全和正常使用。
例如,在某地铁线路施工过程中,盾构机近距离侧穿一座既有建筑物,施工后该建筑物出现了明显的沉降和倾斜现象,墙体出现多处裂缝,给建筑物的使用安全带来了极大隐患。又如,在另一个工程实例中,盾构施工导致邻近建筑物的地基承载力下降,建筑物出现不均匀沉降,造成室内地面开裂、门窗变形等问题,给居民的生活带来了不便和困扰。这些实际案例充分表明,盾构施工对既有建筑物的影响是不容忽视的,需要进行深入研究和分析。
研究北京地铁土压平衡盾构施工对既有建筑物的影响具有重要的理论意义和实际工程价值。从理论层面来看,深入研究盾构施工对既有建筑物的影响机理,有助于丰富和完善岩土力学、隧道工程等学科的理论体系,为盾构施工技术的发展提供理论支持。通过对盾构施工过程中土体与结构相互作用的研究,可以揭示土体变形和建筑物响应的规律,为建立更加准确的理论模型和计算方法奠定基础。
从实际工程角度出发,研究盾构施工对既有建筑物的影响,能够为地铁工程的设计、施工和监测提供科学依据,保障工程的安全顺利进行。在工程设计阶段,通过对既有建筑物的影响评估,可以合理确定盾构施工的方案和参数,采取有效的保护措施,减少施工对既有建筑物的不利影响。在施工过程中,实时监测既有建筑物的变形和位移情况,根据监测结果及时调整施工参数,确保建筑物的安全。同时,研究成果还可以为类似工程提供参考和借鉴,提高我国地铁建设的技术水平和质量。
1.2国内外研究现状
土压平衡盾构施工对既有建筑物影响的研究在国内外均受到广泛关注,众多学者和工程人员通过理论分析、数值模拟、现场监测和模型试验等方法进行了深入研究,取得了一系列有价值的成果。
在国外,盾构施工技术起步较早,相关研究也相对成熟。学者们从盾构施工对地层的扰动机制入手,研究地层变形与建筑物响应之间的关系。例如,Mroueh和Shahrour通过有限元方法对隧道与地面建筑物进行数值模拟,考虑了建筑物的存在对隧道开挖引起的土体变形的影响,指出忽略建筑物自重会导致隧道开挖所引起的反力计算结果明显变小。Jenk等运用FLAC3D对邻近建筑物的盾构施工进行数值模拟,考虑了地层损失,研究了建筑物刚度对地面位移的影响。此外,一些学者还通过现场监测,对盾构施工过程中既有建筑物的沉降、倾斜、应力应变等进行了实时监测和分析,积累了丰富的工程经验。
在国内,随着城市地铁建设的快速发展,盾构施工对既有建筑物影响的研究也日益深入。许多学者结合国内工程实际,对盾构施工过程中的力学行为和变形规律进行了研究。魏新江、魏纲等采用二维有限元方法,对邻近不同位置建筑物工况下的盾构隧道施工进行了模拟和分析,研究表明建筑物的存在会增大隧道开挖引起的地面沉降和衬砌的受力与变形,同时隧道开挖也会使邻近建筑物产生附加应力和变形,当隧道轴线与建筑物中心线的水平距离与隧道外径之比L/D=0.5-2时,会产生较大的地面沉降,建筑物首尾沉降差较大,该区域内的建筑物比较危险。张军通过对地铁土压平衡盾构施工侧穿邻近双建筑物的研究,分析了盾构施工参数、建筑物与隧道的
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