張倩敏

（廣州造船廠有限公司　廣東　廣州　510382）

地鐵施工時及運行后對已建建筑物有何影響以及在防范過程中的成本預(yù)算

張倩敏

（廣州造船廠有限公司廣東廣州510382）

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，為了更好的解決交通擁擠和對城市區(qū)域聯(lián)通的便捷性，很多城市的地鐵線布點越來越密集。但是在地鐵修建以及運行的過程中，對周邊的環(huán)境以及已有建筑物的振動影響也越來越多的受到工程界以及城市居民的關(guān)注，甚至地鐵施工過程中地面沉降和地基滑坡也經(jīng)常出現(xiàn)，對社會造成了很大的經(jīng)濟損失。鑒于此背景，如何減少在地鐵的施工以及運行過程中對周圍建筑物的擾動，并制定相應(yīng)的防范措施是值得研究的問題。

地鐵；施工；運行；振動；造價成本

1　引言

近年來，隨著城市化進程速度越來越快，我國已經(jīng)進入了大規(guī)模城市軌道交通的發(fā)展階段。而地鐵作為城市軌道的主要組成部分由于其快速、安全以及能耗低、污染小等優(yōu)點越來越受到廣大城市居民的青睞，地鐵對緩解交通壓力以及實現(xiàn)人車的分流以及對保護歷史文物景觀等有著顯著的作用。隨著地鐵線路不斷的投入使用，給社會帶來巨大的貢獻以及方便居民的生活之外也不可避免的對周圍環(huán)境特別是古建筑的結(jié)構(gòu)安全造成了嚴重的威脅。這是因為在地鐵的施工工程中往往會造成地表沉降以及地表的水平變形，而大的底層變動會對建筑物產(chǎn)生極大的影響，對建筑物的結(jié)構(gòu)安全造成隱患，嚴重的將會造成房屋倒塌嚴重影響正常的生產(chǎn)生活。例如，上海地鐵四號線也就是浦東南路到南浦大橋區(qū)間的隧道過程中由于在施工過程中的不得當而造成嚴重的地面沉降，對上海的建設(shè)造成了很大的影響。在地鐵的運行過程中振動是影響建筑物安定性的主要因素。目前，降低震源的強度、切斷傳播途徑以及在傳播途徑上進行建筑物的減震是保護建筑物的主要措施。唯有保證好良好的防震措施才可以將地鐵的普及率得到提高，提高人民的生活水平，推動國家的經(jīng)濟建設(shè)。

2　地鐵施工時對建筑物的影響

在地鐵的施工過程中，地表建筑物的變形主要是由于地表的變形而傳遞給建筑物而引起。由于在地鐵的施工過程中地表將會產(chǎn)生各種變形，地表建筑物也會隨之產(chǎn)生損傷。以下是幾種主要的影響方式：

2.1地表沉降對建筑物的影響

在地鐵的建設(shè)過程中由于挖掘土地的不當而造成地表均勻下沉將會使建筑物整體下降，而附加應(yīng)力卻不會出現(xiàn)在建筑物中。一般來說普通的沉降不會造成建筑物的損傷，但是在地下水位低而且地基土沉降較大的情況下，那么地面將會產(chǎn)生積水不但會影響建筑物使用而且會由于地基土的長期浸泡而造成建筑物的強度降低，影響建筑物的使用壽命（見圖1）。

2.2地表傾斜對建筑物的影響

地表傾斜對建筑物造成的影響主要表現(xiàn)是當?shù)乇韮A斜時，周圍建筑物由于自身的重力而形成偏心荷載，從而使地基的承載壓力重新分布，使承載結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生巨大的附加應(yīng)力，而且會使地表的水平剪切力產(chǎn)生，在靠近墻體附近產(chǎn)生剪切裂縫從而對造成建筑物的損害。地表傾斜對高層建筑會有更加不利的影響，嚴重的會使建筑物喪失穩(wěn)定性，導(dǎo)致坍塌等等。

圖1　地表下沉的示例圖

2.3地表水平變形對建筑物的影響

水平變形的拉伸和壓縮是地鐵隧道開挖過程中引起的地表變形的兩種主要表現(xiàn)形式。一般的建筑物對拉伸變形的抵抗力非常弱，很小的變形就足以使建筑物開裂，造成建筑物的外表以及性能得到損害。雖然壓縮變形對建筑物影響不是很大，但是過量的壓縮將會使建筑物造成擠碎性的破壞，這不但使墻體產(chǎn)生水平裂縫，而且會使縱強褶曲，在結(jié)構(gòu)薄弱處還會是屋頂隆起，造成建筑物的破壞。甚至造成建筑物附近地表損害，為以后的建筑造成很大的影響。

3　地鐵運行是對建筑物的影響

在地鐵運行的過程中，由于地鐵列車的移動在車輪與軌道接觸的過程中會產(chǎn)生一些周期性的振動，而且運動的列車也會對軌道的裂縫產(chǎn)生沖擊性的振動。這些振動都會通過隧道結(jié)構(gòu)對周圍土層進行影響，誘發(fā)對附近的地下結(jié)構(gòu)以及地面建筑物進行二次的沖擊。

圖2　墻體裂縫的示意圖

在地鐵運行過程中振動是主要的影響因素，通過對某城市地鐵附近的測試結(jié)果表明：在地鐵運行的過程中，地鐵運行速度越快對地面的居民住宅的振動也越來越大，這也說明列車運行引起的振動已經(jīng)在不同程度上對不同的建筑物有了安全性隱患，同時也會影響居民的正常生活。在地鐵運行的過程中由于振動的影響經(jīng)常會出現(xiàn)墻皮剝落、龜裂以及底板裂縫的現(xiàn)象發(fā)生，嚴重的將會導(dǎo)致建筑物的基礎(chǔ)變形以及下沉。例如，廣州在建地鐵廣佛線鶴洞站其出入口和風亭是與復(fù)建樓合建一體的，地鐵運行過程中振動影響該如何降低呢？針對地鐵運行過程中對建筑物造成的影響，各國尤其是發(fā)達國建以及制定了建筑物允許的相對振動標準，對振動加速度以及允許位移都進行了相對的規(guī)定，德國也制定了根據(jù)不同的振幅以及速度和頻率來評估建筑物可能收到的損害。但是我國尚沒有專門的參考標準，只能參照其他國家的標準來進行分析表征。城市建筑物和地鐵運行之間是一個長期的作用影響，在短期時間內(nèi)可能不會有明顯的影響，但是長期的振動會對建筑物造成疲勞損傷，導(dǎo)致建筑物的安全性能下降嚴重影響建筑物的使用壽命。在含有古建筑的城市地鐵沿線上必須對振動環(huán)境進行研究，制動出相應(yīng)的防治對策，唯有這樣才可以保證建筑的觀賞性。

經(jīng)過分析表明，在相同的振動荷載下，同一建筑物的振動相應(yīng)水平基本相同，下部樓層就比上部樓層稍微低一點點；低頻段比高頻段對建筑物的影響大，但是在建筑抗震分析中考慮低頻段的寬度要大；隨著土層硬度的增加，建筑物的振動水平和幅度減少對不同類型土層建筑物中的影響規(guī)律基本相同。

圖3　相同負載下，距地鐵不同距離建筑物各層豎向最大加速度值比值

4　建筑物的保護措施

對地鐵施工以及運行的過程中可能發(fā)生損傷的建筑物進行一定的防治措施，來保障建筑物的安全使用。

4.1在施工前對建筑物進行加固

根據(jù)實際情況以及建筑物的安全等級，地層注漿、隔離樁以及結(jié)構(gòu)加固等措施是常見的加固措施。

4.1.1地層注漿

地層注漿就是從地表進行注漿來加固地層，采用液壓以及電化學的方法將特定的漿液注入到巖體的縫隙中去，保證巖體的強度和抗?jié)B性，從而可以使得到的新體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到提高，從而可以達到改善巖土體的物理力學性能。

4.1.2隔離樁

隔離樁主要是從地表或者地鐵隧道內(nèi)施加隔離樁，針對的是地鐵隧道對臨近建筑物的破壞風險較大時，需要考慮的方法。這種方法可以有效的控制幾個相鄰相鄰的建筑物之間的地層沉降，將樁周圍的摩擦阻力損失降到最低，使建筑物本身的變形程度減小。在特定的情況下還可以在地面打設(shè)深樁彌補樁短的缺陷，使之與短樁共同承受上部的負載來抵抗施工后的變形。

4.1.3結(jié)構(gòu)加固

在施工過程中，由于開挖土體的需要有時會在建筑物的下方進行開挖，對于抗變形能力差的土體將會造成建筑物的不均勻下降，甚至造成對承載構(gòu)建的破壞，從而使建筑的正常使用得到破壞。對現(xiàn)有的建筑基礎(chǔ)進行合理的補強以及進行對新基礎(chǔ)設(shè)施和舊設(shè)施的替換是很有研究意義的方法。

4.2施工后建筑物的加固措施

針對施工后的加固措施主要包括對鋼筋混凝土的加固以及砌體結(jié)構(gòu)的加固。

鋼筋混凝土的加固方法主要包括增加支撐加固法、裂縫縫補技術(shù)、粘貼鋼板加固法和加大截面加固法等等，采用這樣的方法可以保證建筑物的結(jié)構(gòu)的剛性，防止裂縫等等，加強對建筑物的防范措施。

砌體結(jié)構(gòu)加固措施包括外加層加固法、無粘貼外包型鋼加固法以及增設(shè)構(gòu)造措施等等。這兩種方法都是在對施工后的建筑物進行的特定保護，對地鐵建造以及運行過程中產(chǎn)生的振動、聲污染等影響人民正常生活的現(xiàn)象是一個很好的保護作用。

4.3地鐵運行過程中采取的保護措施

在地鐵運行的過程中，由于機械振動對建筑物的安全有著很大的威脅。當今大多數(shù)的工程項目采用的是施加一層三維基礎(chǔ)隔震的結(jié)構(gòu)層來減弱振動。這樣的結(jié)構(gòu)層主要包括鉛芯橡膠隔震支座和蝶形彈簧支座，來獲得適宜的阻尼，這樣就可以形成水平的振動將會由鉛芯橡膠隔震支座完成減弱，蝶形彈簧完成豎向振動的控制。而豎向恢復(fù)特性主要的取決因素就是蝶形彈簧組合系統(tǒng)，而采用雙線性恢復(fù)力模型對防止振動的效果更好。

圖4　雙向恢復(fù)力模型圖

5　施工成本增加的分析

為了保證地鐵對建筑物影響最小，采取一些加固措施是刻不容緩的事情。但是在實際的工程應(yīng)用中由于工期以及資金的不足，常常會導(dǎo)致工期的延緩。

在隔離樁使用的過程中根據(jù)《工程造價表》分析表明，加固后承載力可以達到180MPa，處理的深度不小于6m，綜合經(jīng)濟指標為197元/m2，根據(jù)不同的施工段如：1000m2計算需要的費用是197000，這將占到總的工程造價費用的1.3％，提高了施工的造價。

在結(jié)構(gòu)加固中通過換填來加固可以使承載力提高49％，綜合經(jīng)濟指標為94.7，1000m2計算需要的費用是94700，占總費用的0.6％。

在施工后通過對建筑物進行加固也許不會對工程總的費用有很大的影響，但是鋼筋混凝土的使用根據(jù)市場的變化在總的費用中也會有著很大的影響。

在建筑物以及地鐵運行和施工過程中會產(chǎn)生額外的費用，但是為了保障地鐵的安全運行和人們的生活健康，應(yīng)根據(jù)實際情況提高響應(yīng)的費用保證成本的時效性和科學性。

6　結(jié)語

系統(tǒng)合理的評估建筑物受地鐵系統(tǒng)的影響，不僅有利于控制、減少振動污染，還可以為不同類型的建筑物在不同的情況下需要保持與地鐵的相對距離，為以后的地鐵選址提供了很好的依據(jù)。通過對地鐵施工前以及施工后運行的分析，采用特定的保護措施來進行加固建筑物以及在振動源和振動傳播過程中減弱振動，這些措施都是地鐵和建筑物和諧共處的有利條件。地鐵的振動對建筑物的影響問題嚴格說是一個三維的問題，對三維問題進行簡單化來進行精確以及更符合實際的分析，確保工程實踐的合理以及安全性。根據(jù)特定的施工明細圖制定出特定的隧道以及建筑物的具體防治措施。

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F275.3

A

1673-0038（2015）22-0177-03

2015-5-18

張倩敏（1985-），女，助理工程師，本科，主要從事工程管理工作。