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摘要：为了研究下穿隧道对邻近建筑群的影响，总结下穿隧道下穿深度及下穿形式对建筑影响的规律性，采用了重叠下穿隧道的不同施工顺序进行有限元模拟分析。结果表明：重叠隧道单线贯通比双线贯通对邻近建筑的影响大，重叠隧道施工顺序建议为先下洞后上洞。
关键词：重叠隧道；有限元模拟；下穿邻近建筑群
1 工程概况
沙湾站～西北桥站区间隧道重叠，重叠段在西北桥站小里程方向，长度为200m，双线区间隧道最小竖向距离为2m。重叠隧道上方为一住宅，叠线段最小覆土约为11.4m，西北桥站～人民北路站区间隧道重叠段在西北桥站大里程方向，长度约257m，隧道上方为西北桥与府河，双线区间隧道最小竖向距离为2m，叠线段最小覆土约为5.62m。
沙湾站～西北桥站区间重叠隧道里程YCK27+362.6455 -YCK27+562.6455，长度约200米。区间隧道在里程YCK27+370～410范围内左右线正下穿新九幢老旧住宅，某院住宅九幢，该建筑物为独立基础，建筑层数为地上3层、无地下室，基础底面位于卵石层。重叠隧道右线在上，左线在下，右线与住宅基底竖直净距为9.9米，左线与住宅基地竖直距离为15.3米，重叠隧道竖向最小净距2米。
2 区间与紧邻建筑群位置关系
该地铁站区间先后下穿及侧穿房屋群，且该部分隧道埋深相对较浅，盾构下穿对建筑物影响较大。具体线路与房屋位置关系如图2-1（A、B、C、D均为砖砌结构多层房屋，E为三层砌体结构房屋建筑。）
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图2-1 盾构区间与紧邻建筑群位置关系图
3 建立数值仿真模型
该区间下穿（侧穿）多处建筑物，基于风险辨识及判定的结果。本次专项设计为下穿多层砌体结构房屋一种工况。
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图3-1 模型网格划分图（区间下穿或侧穿砌体结构）
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图3-2 隧道与多层砌体结构位置关系示意图
本次专项设计的三维数值分析采用国际通用的MIDAS/GTS有限元软件。本区间隧道下穿旧有建筑物重叠较多的区域在三层砖砌结构（代号为建筑物D），因此，本次建模只模拟了建筑物D多层砌体结构，模型网格划分情况如图3-1所示，模型中盾构隧道与基础的位置关系如图3-2所示。模拟过程中，土体均采用实体单元，本构关系采用mohr-coulomb准则。MIDAS/GTS中基础采用结构实体单元模拟，隧道结构采用壳单元模拟，各土层采用实体单元进行模拟。所有模型均为侧面法向位移约束，底面三个方向（X、Y、Z）的位移均约束。
4 数值模型参数选取
Mohr-Coulomb屈服准则表达式为：
理论分析与实际经验表明，目前有限元分析中能较好地模拟岩体的力学特性的土体弹塑性破坏准则是Mohr-Coulomb屈服准则(简称M-C准则)，在工程实践中得到了广泛的应用，因此，计算中土体弹塑性破坏准则采用的是M-C准则。
5 区间隧道施工对基础房屋影响分析
5.1 重叠隧道先左线后右线盾构施工模拟分析
由于重叠隧道双线不是同时盾构施工开挖，因此有必要对重叠隧道开挖顺序对地面建筑物的影响进行比对分析。本次施工模拟的是先开挖埋深较深的隧道即左线，再开挖埋深较浅的隧道即右线。
（1）场地情况
经计算分析，场地土粉质粘土层，即建筑物D基础底部持力层，其最大沉降值为17.92mm。上部典型的土层变形沉降如下图5.1-1至5.1-2所示。
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图5.1-2 粘质粉土层沉降变形云图
（2） 地面建筑物情况
由于重叠隧道双线不是同时盾构施工开挖，因此有必要对重叠隧道开挖顺序对地面建筑物的影响进行比对分析。本次施工模拟的是先开挖埋深较深的隧道即左线，再开挖埋深较浅的隧道即右线，经MIDAS/GTS有限元分析，在只盾构施工开挖左线的情况下，地面建筑物D，即三层砖砌体结构房屋的最大沉降值为15.06mm，最小沉降值为9.47mm。在重叠隧道双线全部贯通建筑物D底部土层后，其建筑物的最大沉降值为17.16mm，最小沉降值为11.07mm。建筑物D节点沉降变形值如下图5.1-3至5.1-4所示。
图5.1-4 双线贯通后建筑物D沉降变形云图
5.2 重叠隧道先右线后左线盾构施工模拟分析
本次施工模拟的是先开挖埋深较浅的隧道即右线，再开挖埋深较深的隧道即左线。通过MIDAS/GTS计算分析以便得到先浅后深的开挖顺序对场地土层和地面建筑物的影响结果。
（1）场地情况
经计算分析，场地土粉质粘土层，即建筑物D基础底部持力层，其最大沉降值为16.85mm。上部典型的土层变形沉降如下图5.2-1至5.2-2所示。
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图5.2-1 粉质粘土层沉降变形云图
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图5.2-2 粘质粉土层沉降变形云图
（2）地面建筑物情况
本次施工模拟的是先开挖埋深较浅的隧道即右线，再开挖埋深较深的隧道即左线，经MIDAS/GTS有限元分析，在只盾构施工开挖右线的情况下，地面建筑物D，即三层砖砌体结构房屋的最大沉降值为15.16mm，最小沉降值为10.83mm。在重叠隧道双线全部贯通建筑物D底部土层后，其建筑物的最大沉降值为15.79mm，最小沉降值为10.94mm。建筑物D节点沉降变形值如下图5.2-3至5.2-4所示。
图5.2-4 双线贯通后建筑物D沉降变形云图
6 结 论：
通过以上两种施工顺序的模拟，我对该区间的重叠隧道下穿既有建筑物的影响分析结果列表如下：
表6-1 重叠隧道下穿既有建筑物影响分析表（单位：mm）
根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）指出对于无特殊保护要求的建（构）筑沉降宜控制在10mm~30mm，差异沉降宜控制在0.002l（l为相邻基础的中心离）。
根据相关资料，对重叠隧道下穿既有建筑物进行施工模拟分析并且对既有三层砖砌体结构房屋的安全性进行影响分析评估，现就分析结果给出以下意见：
（1）通过表6-1内数值分析得出，不论盾构施工顺序先后，重叠隧道下穿建筑物D后，其对建筑物D的沉降影响最大值为17.16mm,在规范规定的容许值范围内，靠近容许值下限，差异沉降比最大值为0.00037，远小于规范规定的差异沉降比限值0.002，可看出建筑物差异沉降较小，接近均匀沉降。
（2）通过表6-1数据结果，不论是先盾构施工较浅的隧道还是先盾构施工较深的隧道，其单线贯通对建筑物沉降的影响比例均较大。在先左线后右线的施工顺序情况下，单线贯通对建筑物沉降的影响比例最大为87.8%；在先右线后左线的施工顺序情况下，单线贯通对建筑物沉降的影响比例最大为98.99%。因此建筑物的沉降观测要特别注意的时间段应该是第一条隧道开挖的时间段。根据数据表明，施工顺序不管是“先下洞后上洞”还是“先上洞后下洞”，其对地面建筑物的影响都较大，建筑物的沉降值接近。“先上洞后下洞”对建筑物的沉降影响相对较小，总沉降最大值为15.79mm，但“先上洞后下洞”施工顺序会因为后施工下洞而对上洞产生附加沉降；而“先下洞后上洞”对建筑物的沉降影响相对较大些，总沉降值最大值为17.16mm，但后施工上洞会对下洞有一种卸荷作用。综合分析考虑，本区间重叠隧道施工顺序建议为先下洞后上洞。
（3）综合分析表明，盾构施工的沉降监测可按以下三种预警控制：
黄色预警：当建筑物的倾斜沉降，即差异沉降比达到了0.0004，或沉降速率已连续三天大于0.5mm/d且有变快趋势时，发布黄色预警，同时应加密监测频率，加强对建筑物沉降的动态观察，尤其是预警点附近的建筑结构构件的检查。
橙色预警：当建筑物的倾斜沉降，即差异沉降比达到了0.0014，或沉降速率已连续三天大于0.7mm/d且有变快趋势时，发布橙色预警，同时继续加强上述的监测、观察、检查，并根据预警状态的特点进一步完善针对该状态的预警方案，同时应对盾构参数、开挖进度、工艺方法等做出检查和完善。
红色预警：当建筑物的倾斜沉降，即差异沉降比达到了0.002，或沉降速率已连续三天大于1mm/d且有变快趋势时，发布红色预警，应立即停工，并应对建筑结构采取应急措施。
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