城市隧道施工对既有建筑物的影响及安全控制研究

论文摘要

在进行城市隧道建设过程中,将不可避免的出现穿越或邻近密集建筑群的情况,而这些建筑物群往往年久失修、结构强度降低,抵抗隧道施工扰动的能力也随之下降,隧道开挖作业必将对这些建筑物的安全和使用造成极大影响。因此,研究城市隧道施工对地面既有建筑物的影响及地面建筑物的安全控制就具有重要的现实意义。本文在对国内外相关文献资料进行广泛调研的基础上,以厦门成功大道一期工程JC3标段隧道穿越地面密集建筑物群工程为背景,采用理论研究、数值模拟、现场监测数据分析和模糊综合评价相结合的方法,就城市隧道施工对地面既有建筑物的影响及建筑物的安全控制等问题进行了系统深入的研究,主要研究内容和成果如下：（1）借鉴建筑工程中针对地基-基础-上部结构共同作用的原理,提出隧道-土体-上部结构共同作用的思想,采用大型有限元软件ABAQUS,将隧道、土体和上部结构作为一个整体,建立三维模型,模拟隧道的开挖过程,分析计算了地表的变形规律,地面砌体结构和框架结构两类建筑物在三种工况条件,即建筑物位于隧道正上方、建筑物位于隧道施工造成地表沉降槽的反弯点处和建筑物位于隧道施工造成地表沉降槽边缘处三种条件下的变形规律和彼此的异同点,结果表明：建筑物与隧道的邻近关系和建筑物的变形有着密切联系；（2）基于厦门成功大道一期工程JC3标段的实测数据,分析了在不同隧道开挖方法条件下,地表及地面建筑物的沉降规律,比较研究了建筑物沉降与邻近地表沉降之间的差异所在,探讨了地表沉降在有无建筑物情况下的区别。结果表明：采用不同隧道开挖方法,地表、建筑物的沉降规律也不相同,隧道开挖持续时间的长短对地表、建筑物的沉降有较大影响,地表沉降除受到隧道开挖的影响外,毗邻建筑物对其的约束作用也十分明显；（3）分析了隧道施工引起地层变形和移动的机理,地层变形和移动造成地面建筑物损害的原因和表现形式,指出三阶段评价法是目前建筑物损害最有效的评价方法。在对国内外各种建筑物安全控制标准的综合分析研究的基础上,提出了适用的建筑物安全控制指标,并通过数值模拟和现场实测数据分析的研究手段,结合厦门成功大道一期工程JC3标段,确定了该工程控制指标的允许值及隧道关键施工步序对应的控制标准值,指导了现场工程施工,确保了工程及其周围环境的安全；（4）通过对既有建筑物可靠性常用评价方法的对比分析,指出模糊综合评价法是有效可行的方法。针对传统既有建筑物可靠性评价方法的静态性和片面性缺陷,综合考虑建筑物自身特点、隧道工程特征、现场监测结果等多方面因素,对建筑物进行了实时动态的模糊综合评价,并根据评价结果确定后续隧道施工方案,有针对性的采取建筑物安全防护措施。该评价方法应用到厦门成功大道一期工程JC3标段实际案例中,取得了良好的效果,证明该方法能有效、快速、准确地确定建筑物的安全状态,具有很好的应用前景。

论文目录

• 本文的创新点
• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 隧道施工对地层位移与变形的影响研究
• 1.2.2 隧道施工对地面建筑物的影响研究
• 1.2.3 隧道施工引起建筑物破坏控制指标及标准研究
• 1.2.4 隧道施工期间建筑物可靠性评价研究
• 1.2.5 现阶段研究存在的问题
• 1.3 本文的研究内容和研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.4 本文的创新点
• 2 隧道施工对既有建筑物的有限元模拟分析
• 2.1 工程概况
• 2.1.1 工程简介
• 2.1.2 工程结构设计及地质情况
• 2.1.3 隧道开挖方法
• 2.2 隧道-土体-上部结构共同作用
• 2.3 有限元基本理论
• 2.3.1 有限元分析基本步骤
• 2.3.2 土体本构模型
• 2.4 数值模拟
• 2.4.1 数值模型及让算参数
• 2.4.2 模拟计算
• 2.5 本章小结
• 3 隧道施工中地表和建筑物的监控量测及数据分析
• 3.1 监控量测的目的和内容
• 3.1.1 监控量测的目的
• 3.1.2 监控量测的内容
• 3.2 监控量测的实施
• 3.2.1 监控量测实施程序
• 3.2.2 监控量测对象
• 3.2.3 隧道开挖方法
• 3.2.4 沉降测点的布置
• 3.3 CRD工法下建筑物和地表沉降规律研究
• 3.3.1 建筑物沉降随CRD施工进程的变化分析
• 3.3.2 建筑物沉降随CRD施工断面位置的变化分析
• 3.3.3 CRD隧道施工对地表沉降的影响分析
• 3.3.4 建筑物沉降与相邻地表沉降的关系
• 3.4 CD工法下建筑物和地表沉降规律研究
• 3.4.1 建筑物沉降随CD施工进程的变化分析
• 3.4.2 建筑物沉降随CD施工断面位置的变化分析
• 3.4.3 地表沉降受毗邻建筑物的影响分析
• 3.5 本章小结
• 4 隧道施工期间既有建筑物安全控制
• 4.1 隧道施工对地层的影响
• 4.1.1 隧道施工引起地层移动和变形的机理
• 4.1.2 地层移动和变形的影响因素
• 4.1.3 隧道施工引起地层移动和变形的一般规律
• 4.1.4 隧道施工引起地层移动和变形的预测方法
• 4.1.5 隧道施工引起地层移动和变形的控制
• 4.2 隧道施工对地面建筑物的影响
• 4.2.1 地层移动和变形对建筑物的损害分析
• 4.2.2 建筑物损害的形式
• 4.2.3 建筑物损害的评价方法
• 4.2.4 控制建筑物损害的方法
• 4.3 建筑物变形控制标准
• 4.3.1 建筑物的破坏等级划分
• 4.3.2 建筑物破坏控制指标及相关标准
• 4.3.3 建筑物破坏控制指标允许值的确定
• 4.3.4 建筑物破坏指标分级控制标准
• 4.4 本章小结
• 5 城市隧道既有建筑物可靠性评估研究
• 5.1 建筑结构可靠性理论和评估方法
• 5.1.1 建筑结构可靠性概念
• 5.1.2 影响建筑结构可靠性的不确定性研究
• 5.1.3 建筑结构可靠性理论的发展
• 5.1.4 拟建建筑结构可靠性分析方法
• 5.1.5 既有建筑结构可靠性理论和评估方法
• 5.2 模糊综合评价
• 5.2.1 模糊理论
• 5.2.2 模糊综合评判
• 5.3 城市隧道施工期既有建筑可靠性模糊综合评判
• 5.3.1 既有建筑可靠性模糊综合评判的可行性
• 5.3.2 模糊综合评判评语集的建立
• 5.3.3 模糊综合评判指标体系的建立
• 5.3.4 模糊综合评判隶属函数的确定
• 5.3.5 模糊综合评判指标体系权重的确定
• 5.3.6 计算模糊综合评价向量
• 5.4 工程实例应用
• 5.4.1 40#楼可靠性评价
• 5.4.2 57#楼可靠性评价
• 5.4.3 对比分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢