既有建筑安全性的检测与评估——以安徽国际五金机电商贸城E区2#楼为例

陈东生 （安徽建工检测科技集团有限公司，安徽 合肥 230031）

1 工程概况

地铁隧道施工中经常遇到的问题是相邻建筑物的不均匀沉降，其造成的社会危害和安全影响会带来不可估量的损失[1]。例如：北京地铁10 号线地铁隧道施工曾导致周边部分道路塌陷和人员遇难情况[2]；上海地铁4 号线施工导致地面大范围塌陷，3 栋建筑物发生严重倾斜[3]；南京地铁隧道施工造成汉中路地面塌陷，致使天然气管道断裂爆燃，将路面炸出大坑[4]。

由于轨道交通施工会引起附近建筑物沉降，本研究以安徽国际五金机电商贸城E 区2#为研究对象，探究地铁轨道交通6 号线一期工程对既有建筑物安全性的影响。通过建筑地基分析房屋倾斜程度和监测沉降数据，对房屋承重结构、稳定性、耐久性和损伤结构进行检测，同时进行验算分析和评估，采用数值模拟的方法对既有建筑物风险等级划分及评定，最后给出相应的评估结论和意见[5]。

1.1 工程概述

安徽国际五金机电商贸城E区2#楼是由合肥市明利房地产开发有限公司负责投资和建设，安徽华盛国际建筑（中美合资）设计工程咨询有限公司设计的，工程于2008 年建成并投入使用至今。该工程是地上一层的框架结构，位于合肥市当涂路与淝河路交口，设计尺寸为91．4m×7．5m（685．5 m2）。2020 年6月，中铁第一勘察设计院集团有限公司委托检测站对该工程进行检测、评估，排除轨道交通6 号线一期工程对既有建筑周边范围影响，确保结构安全使用[6]。

1.2 既有建筑物结构设计概况

该构筑物主体为地上的一层框架结构，设计的使用年限是50年，一层4．5m层高，埋深约为2．0m。建筑物外立面现状见图1。

图1 安徽国际五金机电商贸城E区2#楼外立面现状

1.3 轨道交通区间工程概况

朱岗站～伊宁路站线路出朱岗站后，向东沿太湖路穿过铜陵路高架桥，后向东南方向偏转，下穿海顿学校，侧穿安徽国强钢材交易中心，沿尧渡河路地下敷设，进入伊宁路站。

区间隧道采用双洞双线圆形断面，净空直径为5500mm。区间沿线左侧环境风险源主要有建筑有碧湖云溪步行街商铺、铜陵路高架、碧湖云溪小区怡湖园6#楼、海顿学校、五金机电商贸城，右侧主要建筑有绿地·海顿公寓一期工程2#楼、安徽国强钢材交易中心、五金机电商贸城。区间周边环境风险源平面示意图见图2。

图2 区间沿线环境风险源平面示意图

1.4 建筑物与区间工程相对位置关系

轨道线隧道正穿安徽国际五金机电商贸城E 区2#楼，建筑物采用柱下独立基础，基础埋深约为2．00m，基础底距隧道拱顶约为14．94m。本区间隧道埋深15．60～20．40m，隧道穿越的地层主要为黏土层、E1dn5-1-1 全风化砂质泥岩层、E1dn5-2-1 全风化泥质砂岩层。隧道与建筑物相对位置关系平面示意图见图3，建筑物基础与隧道相对位置关系剖面示意图见图4。

图3 建筑物与隧道相对位置关系平面示意图

图4 建筑物与隧道相对位置关系剖面示意图

2 安徽国际五金机电商贸城E区2#楼检测过程

城市轨道交通影响范围内既有建筑的检测较一般城市老旧建筑的检测相对更加严格，对检测的科学性要求也更高。检测过程不仅需要对房屋的结构稳定性等指标进行评估，更需要为后续房屋病害处理提供理论和数据指导意义[7]。

2.1 检测依据和目的

该高架桥梁的检测标准执行国家和行业现行法规、政策以及标准。为了针对既有建筑的安全性、稳定性进行分析和预测，需要先通过现状调查、结构安全性、实地检测来鉴定房屋现状使用情况，并基于此为依据计算分析。最后综合上述因素对既有建筑现状并做出评估，分析既有房屋结构的安全性，如若房屋安全性得不到满足时，需要重新对轨道方案重新计算分析，对建筑加固或拆除，并再次迭代优化，直至满足安全性为止。并对既有房屋风险等级评定及划分，结合隧道后续施工情况，给出工程的风险等级，并对既有房屋使用状态进行最终评判并提出相关建议[8]。

2.2 检测方法

基于对委托方和项目方提供的既有构筑物工程资料调查，对房屋历史和现状进行深入了解，通过工程地质概况分析岩土成因、性质和特征，并结合当地水文水利条件进行综合考察。

2.3 检测结果

该工程由中美合资安徽华盛国际建筑设计工程咨询有限公司设计，合肥市明利房地产开发有限公司投资建设，工程于2008 年建成并投入使用至今，部分设计图纸资料齐全。

南淝河两岸低阶地区的水文地质条件较差，含水层较厚，土壤主要为粉土、粉细砂，因此土壤渗透系数大，易受上层滞水、第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙水的影响。合肥市轨道交通6 号线工程以地下形式穿过的南淝河对区间隧道会产生一定的影响。沿线地下水水质良好，地下水对混凝土结构略有腐蚀性。因建筑地基长期处于地下水中，因此混凝土结构中钢筋也容易受到腐蚀，尤其是在干湿交替条件下，地下水对混凝土结构中钢筋腐蚀性会加强。

建筑整体的承载状态良好，各观测点的倾斜率均符合规定标准，在检测中未发现主体构筑物和地基中因钢筋锈蚀引起的顺筋裂缝、保护层剥落等异常现象，未发现明显裂缝、其他异常变形和明显外观质量缺陷等现象。

3 安徽国际五金机电商贸城E区2#楼的安全评估

3.1 既有结构安全性验算、评估与分析

验算依据与参数来源于2010 版的中国建研院研制的PKPM 计算程序，并严格按照国家现行规范及现场实测数据对上部承重结构进行复核[9]。上部承重结构构件承载力验算根据现场实测结果，经结构复核得出主体结构构件，满足规范承载力的要求[10]。

现用三维数值模拟分析合肥地铁6号线朱岗站～伊宁路站区间隧道盾构施工对安徽国际五金机电商贸城E区2#楼的影响。本次数值模拟计算采用PLAXIS 3D 软件进行计算。模型长宽高为400m×190m×65m，使结构到模型边缘的距离大于25m，采用15 节点三角形单元进行划分。

图5-图8 给出了不同工况下土体的沉降云图。计算表明，盾构产生的地层损失使得隧道底部产生了隆起，隧道顶部产生沉降。在隧道轴线附近的土体竖向沉降较大，远离轴线位置的土体竖向沉降相对较小。

图5 左线贯通时土体竖向沉降云图

图6 双线贯通时土体竖向沉降云图

图7 双线贯通时土体横断面竖向沉降云图

图8 双线贯通时土体总位移趋势图(放大1200倍)

图9-图13 给出了不同施工阶段既有建筑的竖向沉降与侧向位移分布情况，计算表明，盾构施工使邻近建筑基础产生的变形相对较大，而远离盾构工作面的建筑基础变形相对较小。

图9 左线贯通时既有建筑竖向沉降云图

图10 双线贯通时既有建筑竖向沉降云图

图11 左线贯通时既有建筑侧向位移云图

图12 双线贯通时既有建筑侧向位移云图

图13 双线贯通时既有建筑总位移趋势图(放大1600倍)

图14 给出了不同施工阶段地面横断面沉降曲线，可见左线穿越后，左线中心轴正上方地表产生最大竖向沉降-3．69mm；双线贯通后，在双线对称轴正上方地表土体产生最大竖向沉降-7．16mm。

图14 盾构诱发地面的沉降曲线

3.2 既有建筑物风险等级划分及评定

本建筑属于一般设施，区间隧道正穿该建筑物，结合建筑物安全现状、工程地质水文地质条件、轨道工程施工方法及模拟施工定量分析结果，风险等级评定为Ⅱ级。

4 评判结论及建议

4.1 既有结构安全性评估

被测建筑物外墙顶点侧向位移、基础最大整体倾斜、相邻柱基沉降差均未超出同类建筑基础变形的允许限值，可满足正常使用条件下安全要求。

4.2 既有建筑物基础变形能力评价及预测

根据检测结果以及数值模拟计算结果：该既有建筑物最大基础整体倾斜为0．57‰，模拟施工引起建筑物基础最大整体倾斜为0．21‰，预测基础总最大整体倾斜为0．78‰；该建筑物既有最大相邻柱基沉降差为0．00060L，模拟施工引起最大相邻柱基沉降差为0．00026L，预测最大相邻柱基沉降差为0．00086L。两指标均未超出同类建筑基础变形的限值(4‰及0．002L)。该建筑物基础剩余整体倾斜值为3．43‰，剩余相邻柱基沉降差为0．0014L。

4.3 既有建筑物结构变形的控制指标

综合上述分析结果及建筑物的现状情况，区间隧道盾构施工引起建筑物变形控制指标可按基础整体倾斜不超过3．43‰、相邻柱基沉降差不超过0．0014L进行控制。

4.4 既有建筑物使用状态综合评判

综上所述该工程可满足正常使用条件下安全要求。隧道盾构施工引起的建筑物基础预估变形量未超过剩余变形量，风险可控，建筑物无须拆除。该工程风险等级为Ⅱ级，应实施风险防范与监测，制定风险处置措施。

4.5 建议

盾构通过前对盾构机进行检查、维修，施工时需匀速缓慢地不停机推进；

盾构采取“土压平衡、同步注浆、适当速度匀速通过”的原则制定具体掘进措施和参数；

在管片上增设注浆孔，根据地质及掘进情况，选择合适的时机对隧道周边一定范围内的地层进行注浆；

施工过程中加强动态监测，控制好盾构机姿态；

合理设置螺旋机转速，维持土仓内土压稳定，减少土体应力波动；

施工前应制定详细施工方案，盾构施工过程中，进行系统、全面地监控测量，实行信息化施工；

实施合理有效的减振措施，降低轨道交通投入运营后对周边房屋产生的噪声、振动等影响。