地铁施工前邻近砌体建筑物的结构安全性探究

摘 要：伴随着社会经济和科学技术的快速发展，我们对于交通便捷的需求也越来越强烈。在城市这种人员密集、容易交通堵塞的聚集地，地铁交通尤为重要。但是一直以来地铁工程存在一个难点和重点，那就是地铁施工期间如何保证临近建筑物的正常安全使用。结合邻近建筑物的使用规范和受力特点，通过特定相关方法对其结构进行安全分析，来确定其变形控制指标。如果建筑物在地铁施工结束后，其结构安全性没有受到影响，说明施工前该分析方法合理。

关键词：地铁施工；临近建筑物；结构安全

近年来，人们极力开发地下可利用空间，以便解决城市各种交通、供水、供电、停车等空间问题。在地面建筑物密集的城市中心，地下的开挖会扰动岩土体，并引起洞室周围的地表变形和位移，一旦变形和位移幅度超过邻近建筑物的承受范围，将会对将建筑物的正常安全使用产生影响。所以，地铁施工前必须对建筑物的结构和安全性进行评估。根据施工邻近建筑物的年代、结构、使用情况等信息，确定建筑物对于地表变化可以承受的抵抗变形力。

1 地表沉降规律以及对邻近建筑物的损坏

1.1 地表沉降规律

1.1.1 地表的纵向沉降规律

地表的纵向沉降规律可以分为四阶段：微小变形区、急剧变大变形区、缓慢变形区和稳定变形区，如图1所示：

其中-2.0～0区间为微小变形区，0～3.0区间为急剧变大变形区，4.0～6.0区间为缓慢变形区，6.0～8.0区间为稳定变形区。

1.1.2 地表的横向沉降规律

地表的横向沉降公式如下：

1.2 对邻近建筑物的影响

地表沉降可能对邻近建筑物产生的影响主要分为以下几种情况：①影响和损害房屋上部结构，比如地表沉降不均导致建筑物产生不规则的变形或结构内部产生出内力，后果是建筑物开裂甚至失稳倒塌；②影响和损失建筑基础，包括由于地下开挖引起的地表沉降和地表水平方向的拉压应变，导致建筑物破坏性损害；③地表沉降使地基沉载能力减弱。下面对地铁施工给建筑物带来的影响方式分别详细说明。

1.2.1 由地表均匀沉降引起的损害

地铁施工时，一般会造成地表的均匀沉降，地表建筑物也会随地表而沉降，如果将地表的沉降幅度控制在一定范围内，那么建筑物的正常使用不会受到很大的影响。但是如果地表均匀沉降超过一定幅度，建筑物基地相对周围建筑物的地势就会比较低，容易导致建筑物的地面积水，地基长期浸泡在水中，减小了地基的承受强度，减少建筑物的正常使用寿命，甚至影响建筑物的安全使用。

1.2.2 由地表倾斜引起的损害

地铁施工时，如果地表沉降不均匀，就会导致地表倾斜，地表原始坡度发生变化，影响到建筑物的稳定和安全，特别是相对于构筑形状奇特、类似倒金字塔状的建筑物，如果这类建筑物上层结构庞大、底面积较小的高大建筑物，地表的倾斜会引起建筑物的重心失调，产生应力重分布，严重破坏到建筑物的构造。

1.2.3 由曲率引起的损害

地铁施工导致地面移位和变形，地表会形成曲切面。如果曲切面是负曲率，建筑物会出现中部镂空结构，它的墙面会出现水平裂缝或者正八字裂缝；如果曲切面是正曲率，那么建筑物两端会产生镂空，墙体出现倒八字裂缝，都会影响到建筑物的正常安全使用。

1.2.4 由地表水平变形引起的损害

地铁施工时，对于地表的水平影响主要来源于拉伸和压缩，这种变化对建筑物结构产生的损坏比较大，会减少建筑物的使用寿命。

2 邻近砌体建筑物的安全风险评估

评估建筑物的安全风险，首先应当评估建筑物的现状，预测施工工程将会对建筑物产生的影响，制定可以保护建筑物使用安全的措施，使施工工程在建筑物安全的情况下正常使用。对此所要做的工作是：调查建筑物资料；评估建筑物现状；预测施工工程对于建筑物的影响；制定地铁沉降控制标准；制定施工过程安全管理方案。

2.1 调查建筑资料

2.1.1 与临近建筑物有关的资料

调查资料是为了了解地铁于邻近建筑物的结构和位置以及二者之间的空间位置关系。

需要准备的调查资料有：工程地质报告、原设计图、竣工图、竣工验收文件、检查观测记录、事故处理报告、例次加固和改造设计图，另外还要获得有关原始施工材料和建筑物使用条件的资料。根据这些资料和建筑实物进行检查核对和分析。

2.1.2 与地铁施工结构有关的调查

包括有关资料图、设计资料（关于地铁车站的结构）、平面布置图、地铁与建筑物的位置关系图、结构构件的数据分析与实际测算、对结构性能与几何参数的分析测算等。

2.2 评估建筑物现状

评估建筑物当前状态，预测出它的承受度，判断是否在地铁施工过程中可能出现的地面沉降或倾斜范围之内，并且可以根据建筑物现状制定相应的施工安全方案。

评估范围原则上为地铁的隧道中线两侧各30m范围之内的建筑物，地铁车站周围50m的范围之内的建筑物。评估主要内容有：地基基础、上部结构的承载力的验算和估算、结构变形、构造与链接、裂缝。然后，根据建筑物的差异沉降，计算出建筑物的现状承载力和剩余承载力，得出它的剩余变形能力。

对于建筑物现状的评估方法如下：①估算建筑物工前原有的沉降度，以建筑地基有关的基础设计规范为基础，运用基础的测量方式，测出建筑物的倾斜度，推测建筑物施工前的差异沉降；②估算出建筑物的原有承載力，一般采用简化的方式，使建筑物成为梁的变形，这时它在集中荷载力的作用下理想跨度为L，高度为H。

3 采取的保护措施

施工前调查完可能影响范围内的建筑物后，即明确了建筑物的详细状况，包括结构形式、数量、修建年代、质量好坏、基础形式、与地铁线路的位置关系等。如果预测出建筑物承担较大的风险时，应当预先采取加固措施，防患于未然。主要的加固措施有：依据工程的现实状况，选择采用地层注浆或隔离桩的措施，有必要时，可以进行桩基托换或加固。

3.1 地基注浆

对周边构筑物的地基进行注浆加固是施工中常常使用的一种加固措施，是采用哑谜注入工法，通过注浆管的渗透压力，注浆液渗透入地表，强化周边地层的土质，压密和压缩的原状土，经过渗透后固结硬化形成柱状或片状固体结构，又由于渗透物与原状土的混合，原状土的分布性能力得到增强，减少渗水量，使地表土层更加紧密结实，防止土层大幅度的压缩变形，保证房屋的安全。如果建筑物为桩基础，应当考虑桩间注浆，以便提高外层的固结程度，加强桩底部承载区的约束，最终可以将建筑物的损失程度降至最低。

3.2 隔离桩法

隔离桩法的原理是借用隔离桩转移上部地基和建筑物的附加应力，使其承受的力传到地底持力层，切断地表层的变形传递，从而减弱地铁施工对邻近建筑物的沉降影响。隔离桩法能够有效控制地铁工程施工过程对邻近建筑的影响，所以得到国内外施工行业的认可和采纳。如果建筑物安全风险较大，应当在洞内或地面施作隔离桩，并采取措施防止基础相邻的地层下沉。可以有效阻隔施工范围内的地基变形和邻近建筑受到的损害和影响。此方法比较适用于地铁工程中，邻近建筑高大的情况。

3.3 隔断墙法

隔断墙法比较适用于地铁工程开挖深基坑的状况，使用隔断墙法的同时还应当进行跟踪充填注浆，防止基坑外的土体位移，为基坑和邻近建筑提供了保护屏障。并且有效控制了地下连续墙的位移，最终减弱了周边建筑物的地基变形和沉降。

4 结 语

在人口周密的繁华都市里，车流量大、施工场地偏小，地铁施工本身具有工期投资多、工期长、规模大的特点，地铁施工活动将不可避免地对周边建筑安全产生影响，对于施工前邻近建筑的结构安全性是很必要研究的课题。

参考文献

[1]吴贤国，陈晓阳，丁烈云，骆汉宾.地铁隧道施工邻近建筑物安全风险等级评价[J].施工技术，2011（07）.

[2]秦东平，何平，赵永正，李璐.地铁施工前邻近砌体建筑物的结构安全性分析[J].中国铁道科学，2012（03）.

[3]陆媛.地铁施工对邻近建筑物安全风险管理[J].现代经济信息，2014（06）.

作者简介：王钰哲（1982-），男，本科，中级工程师，主要从事地铁施工管理工作。