小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力的影響機(jī)制與控制策略研究一、緒論1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，城市規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，人口與交通壓力日益增大。為有效緩解交通擁堵，提升城市交通的便利性和效率，隧道工程作為城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，在城市交通網(wǎng)絡(luò)中的地位愈發(fā)關(guān)鍵。小凈距隧道由于其在特定地形和空間條件下的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如可減少線路展線長(zhǎng)度、降低工程成本、適應(yīng)復(fù)雜地形地貌等，在城市交通建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在城市環(huán)境中進(jìn)行小凈距隧道開(kāi)挖面臨著諸多復(fù)雜問(wèn)題，其中對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力的影響尤為突出。城市中的地表框架結(jié)構(gòu)建筑物種類(lèi)繁多，包括住宅、商業(yè)建筑、公共設(shè)施等，這些建筑物往往承載著大量的人員和財(cái)產(chǎn)，其結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。小凈距隧道開(kāi)挖過(guò)程中，會(huì)不可避免地引起周?chē)馏w的應(yīng)力重分布和變形，進(jìn)而傳遞到地表建筑物，導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生附加沉降、水平位移以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化。若這些變化超出建筑物的承受能力，可能引發(fā)建筑物的開(kāi)裂、傾斜甚至倒塌等嚴(yán)重后果，不僅危及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，還會(huì)對(duì)城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和社會(huì)穩(wěn)定造成不利影響。以某城市地鐵小凈距隧道施工為例，在施工過(guò)程中，由于對(duì)地表建筑物內(nèi)力影響預(yù)估不足，導(dǎo)致附近一座商業(yè)建筑出現(xiàn)了明顯的裂縫和不均勻沉降，被迫停止?fàn)I業(yè)進(jìn)行加固處理，不僅給業(yè)主帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也對(duì)城市的商業(yè)活動(dòng)和居民生活造成了極大的不便。類(lèi)似的工程事故屢見(jiàn)不鮮，這充分說(shuō)明了深入研究小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力影響的緊迫性和必要性。本研究旨在通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等手段，深入探討小凈距隧道開(kāi)挖過(guò)程中地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力的變化規(guī)律，明確影響建筑物內(nèi)力的主要因素，并提出相應(yīng)的控制措施和優(yōu)化建議。這對(duì)于保障隧道施工安全和地表建筑物的正常使用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也能為相關(guān)工程設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，促進(jìn)城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1隧道開(kāi)挖引起的地表沉降規(guī)律研究在隧道開(kāi)挖引起的地表沉降規(guī)律研究方面，國(guó)外起步較早并取得了一系列重要成果。1958年，Martos采用誤差函數(shù)處理方法，率先得出地表沉降近似計(jì)算公式，為后續(xù)研究奠定了一定基礎(chǔ)。而R.B.Peck于1969年提出的估算因隧道施工引發(fā)地表下沉的方法，即Peck公式，具有里程碑意義。該公式認(rèn)為，在不考慮排水的情況下，因隧道開(kāi)挖而形成的橫向地表沉降分布近似為一條正態(tài)分布曲線，其表達(dá)式為s=s_{max}exp[-\frac{y^{2}}{2i^{2}}]，其中s為地面任一點(diǎn)的沉降值，s_{max}為地面沉降的最大值，位于沉降曲線的對(duì)稱(chēng)中心上（對(duì)于隧洞軸線位置），y為從沉降曲線中心到所計(jì)算點(diǎn)的距離，i為從沉降曲線對(duì)稱(chēng)中心到曲線拐點(diǎn)的距離，一般稱(chēng)為“沉降槽寬度”。Peck公式因其簡(jiǎn)便性和實(shí)用性，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和驗(yàn)證。此后，眾多學(xué)者在此基礎(chǔ)上不斷深入研究。Attewell和Rankin等對(duì)Peck公式進(jìn)行了進(jìn)一步的總結(jié)和完善，使其在不同地質(zhì)條件和施工工況下的適用性得到了提升。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬方法的發(fā)展，數(shù)值模擬成為研究隧道開(kāi)挖地表沉降的重要手段。有限元、有限差分等數(shù)值方法被廣泛應(yīng)用，能夠更加真實(shí)地模擬隧道開(kāi)挖過(guò)程中土體的力學(xué)行為和地表沉降的演變過(guò)程。國(guó)內(nèi)學(xué)者也在這一領(lǐng)域開(kāi)展了大量富有成效的研究工作。魏新江根據(jù)Peck地表沉降公式結(jié)合無(wú)剪脹作用的土體的變形特性，推導(dǎo)出了相關(guān)公式，進(jìn)一步深化了對(duì)地表沉降機(jī)理的認(rèn)識(shí)。通過(guò)對(duì)不同沉降槽寬度系數(shù)公式的分析，認(rèn)為0’Reilly＆New公式為計(jì)算沉降槽寬度系數(shù)的通用公式，并通過(guò)FLAC數(shù)值模擬對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證。繪制了不同沉降槽寬度系數(shù)計(jì)算公式下地表最大沉降和拱頂沉降的比值與H/D（隧道埋深與直徑的比值）的關(guān)系曲線，研究表明：當(dāng)H/D小于1.5后，Peck經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)得到的地表沉降值將產(chǎn)生較大誤差，因此認(rèn)為Peck經(jīng)驗(yàn)公式的適用條件是H/D大于1.5。此外，國(guó)內(nèi)學(xué)者還針對(duì)不同的隧道施工方法，如盾構(gòu)法、礦山法等，研究了其對(duì)地表沉降的影響規(guī)律，為工程實(shí)踐提供了更具針對(duì)性的指導(dǎo)。1.2.2隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物影響研究隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物的影響是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，涉及到多個(gè)方面。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深入研究，取得了豐富的成果。從變形影響來(lái)看，隧道開(kāi)挖會(huì)導(dǎo)致周?chē)馏w應(yīng)力重新分布，進(jìn)而引起地面沉降和水平位移，這是影響地表建筑物的主要因素之一。地面沉降可能導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)下沉，引發(fā)建筑物傾斜、開(kāi)裂等問(wèn)題。當(dāng)建筑物基礎(chǔ)位于沉降槽范圍內(nèi)時(shí)，不均勻沉降會(huì)使建筑物結(jié)構(gòu)承受額外的應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。水平位移則可能使建筑物基礎(chǔ)受到水平力的作用，影響建筑物的穩(wěn)定性。建筑物結(jié)構(gòu)類(lèi)型對(duì)其在隧道開(kāi)挖影響下的反應(yīng)也有顯著影響。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)由于其較好的抗壓、抗拉和變形性能，對(duì)隧道開(kāi)挖的抵抗能力相對(duì)較強(qiáng)；而磚混結(jié)構(gòu)則相對(duì)較弱，更容易產(chǎn)生較大的變形和裂縫。在建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力方面，隧道開(kāi)挖會(huì)引起周?chē)ㄖY(jié)構(gòu)應(yīng)力重分布，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力增加或降低，從而影響結(jié)構(gòu)的安全性。土體應(yīng)力狀態(tài)的變化也會(huì)對(duì)周?chē)ㄖY(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中或變形同樣可能對(duì)周?chē)ㄖY(jié)構(gòu)造成威脅。許多學(xué)者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬和理論分析等方法，對(duì)隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物的影響進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)實(shí)際工程案例的監(jiān)測(cè)，獲取了建筑物在隧道開(kāi)挖過(guò)程中的變形和應(yīng)力數(shù)據(jù)，為研究提供了寶貴的實(shí)際資料。利用數(shù)值模擬軟件，如ANSYS、FLAC等，建立隧道-土體-建筑物相互作用模型，模擬隧道開(kāi)挖過(guò)程，分析建筑物的響應(yīng)，能夠直觀地了解不同因素對(duì)建筑物的影響規(guī)律。在理論分析方面，建立了各種力學(xué)模型，推導(dǎo)相關(guān)計(jì)算公式，以預(yù)測(cè)隧道開(kāi)挖對(duì)建筑物的影響程度。1.2.3建筑物安全保護(hù)措施研究針對(duì)隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物產(chǎn)生的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員提出了一系列建筑物安全保護(hù)措施。在施工前，詳細(xì)勘察地質(zhì)條件是至關(guān)重要的一步。通過(guò)地質(zhì)勘察，了解施工區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、巖土性質(zhì)、地下水情況等，為后續(xù)制定安全防護(hù)措施提供準(zhǔn)確的依據(jù)。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，對(duì)隧道開(kāi)挖可能對(duì)地面建筑結(jié)構(gòu)造成的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面評(píng)估，包括地基穩(wěn)定性、地面沉降、建筑物開(kāi)裂等方面，從而確定安全防護(hù)等級(jí)，為采取相應(yīng)的防護(hù)措施提供參考。在施工過(guò)程中，合理選擇隧道開(kāi)挖方法和優(yōu)化施工工藝是減少對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)和建筑物影響的關(guān)鍵。對(duì)于不同的地質(zhì)條件和工程要求，應(yīng)選擇合適的開(kāi)挖方法，如盾構(gòu)法、礦山法等。盾構(gòu)法具有施工速度快、對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，在城市隧道施工中得到廣泛應(yīng)用；礦山法在一些特定地質(zhì)條件下也有其適用性，但需要嚴(yán)格控制爆破參數(shù)等，以減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。在施工過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)化施工工藝，控制開(kāi)挖速度、爆破參數(shù)等。例如，采用微差爆破技術(shù)，減少爆破震動(dòng)對(duì)建筑物的影響；合理安排施工順序，避免相鄰隧道同時(shí)開(kāi)挖產(chǎn)生過(guò)大的疊加影響。對(duì)隧道開(kāi)挖區(qū)域的地基進(jìn)行加固處理也是常用的保護(hù)措施之一。采用注漿、攪拌樁等措施，可以提高地基的承載力和穩(wěn)定性，減少隧道開(kāi)挖引起的地基沉降和變形。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，采取有效的地面防護(hù)措施，如設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)、回填土方等，以防止地面沉降和建筑物開(kāi)裂。設(shè)置擋土墻、支撐等支護(hù)結(jié)構(gòu)，能夠限制土體的位移，保護(hù)建筑物的安全；回填土方可以增加土體的密實(shí)度，減少地表沉降。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周邊建筑物的變形和應(yīng)力情況也是保障建筑物安全的重要手段。通過(guò)在建筑物上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，使用高精度的監(jiān)測(cè)儀器，如水準(zhǔn)儀、全站儀等，對(duì)建筑物的沉降、傾斜、裂縫等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一旦發(fā)現(xiàn)建筑物出現(xiàn)異常變形或裂縫，及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施，如停止施工、進(jìn)行加固等，確保建筑物的安全。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究圍繞小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力影響展開(kāi)，主要涵蓋以下幾個(gè)方面：小凈距隧道開(kāi)挖引起的地表沉降及土體變形規(guī)律研究：運(yùn)用理論分析方法，基于經(jīng)典的Peck公式等理論，深入剖析小凈距隧道開(kāi)挖過(guò)程中地表沉降的分布特征，考慮隧道間距、埋深、開(kāi)挖方式等因素對(duì)沉降槽寬度、最大沉降值等參數(shù)的影響。通過(guò)數(shù)值模擬手段，利用有限元軟件如ANSYS、FLAC等建立小凈距隧道-土體的三維模型，模擬不同工況下隧道開(kāi)挖過(guò)程，詳細(xì)分析土體的應(yīng)力應(yīng)變分布和變形規(guī)律，包括土體的豎向位移、水平位移以及塑性區(qū)的發(fā)展情況。地表框架結(jié)構(gòu)建筑物在隧道開(kāi)挖影響下的內(nèi)力變化分析：依據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)原理，針對(duì)常見(jiàn)的地表框架結(jié)構(gòu)建筑物，建立結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，分析在隧道開(kāi)挖引起的地表不均勻沉降和土體水平位移作用下，建筑物基礎(chǔ)的受力狀態(tài)以及上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化，如梁、柱的彎矩、剪力和軸力等。結(jié)合數(shù)值模擬，將隧道-土體模型與建筑物結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行耦合，模擬建筑物在隧道開(kāi)挖全過(guò)程中的內(nèi)力響應(yīng)，研究建筑物不同部位內(nèi)力的變化趨勢(shì)，確定內(nèi)力變化較大的關(guān)鍵區(qū)域。影響小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物內(nèi)力影響的因素研究：全面分析隧道相關(guān)因素，如隧道的開(kāi)挖順序、施工方法（盾構(gòu)法、礦山法等）、支護(hù)措施等對(duì)地表建筑物內(nèi)力的影響規(guī)律。深入探討建筑物自身因素，包括建筑物的結(jié)構(gòu)形式（框架結(jié)構(gòu)的層數(shù)、跨度等）、基礎(chǔ)類(lèi)型（獨(dú)立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)等）以及建筑物與隧道的相對(duì)位置關(guān)系（水平距離、垂直距離等）對(duì)其內(nèi)力變化的影響。通過(guò)參數(shù)化分析，逐一改變上述因素，利用數(shù)值模擬或理論計(jì)算，定量分析各因素對(duì)建筑物內(nèi)力的影響程度，確定主要影響因素。小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物內(nèi)力影響的控制措施研究：根據(jù)研究結(jié)果，從隧道施工角度出發(fā)，提出合理的施工方案優(yōu)化建議，如合理安排開(kāi)挖順序、選擇合適的施工方法和控制爆破參數(shù)等，以減少對(duì)周?chē)馏w的擾動(dòng)，降低對(duì)地表建筑物內(nèi)力的影響。針對(duì)建筑物自身，提出有效的加固和防護(hù)措施，如對(duì)建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理、設(shè)置沉降縫等，增強(qiáng)建筑物的抗變形能力。結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)提出的控制措施進(jìn)行效果評(píng)估，驗(yàn)證其可行性和有效性，為實(shí)際工程提供參考依據(jù)。1.3.2研究方法本研究將綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等多種方法，確保研究的全面性和準(zhǔn)確性。理論分析：基于巖土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基本原理和經(jīng)典理論，如Peck公式、彈性力學(xué)理論等，建立小凈距隧道開(kāi)挖引起的地表沉降和土體變形的理論模型，以及地表框架結(jié)構(gòu)建筑物在隧道開(kāi)挖影響下的內(nèi)力分析模型。通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算，初步揭示隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物內(nèi)力影響的基本規(guī)律，為后續(xù)研究提供理論基礎(chǔ)。數(shù)值模擬：利用ANSYS、FLAC等大型有限元軟件，建立小凈距隧道-土體-地表框架結(jié)構(gòu)建筑物的三維數(shù)值模型。在模型中，合理設(shè)置土體和建筑物的材料參數(shù)、邊界條件以及隧道開(kāi)挖的施工過(guò)程，模擬隧道開(kāi)挖對(duì)地表建筑物內(nèi)力的影響。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析，直觀地展示隧道開(kāi)挖過(guò)程中土體的應(yīng)力應(yīng)變分布、地表沉降情況以及建筑物內(nèi)力的變化規(guī)律。同時(shí)，通過(guò)參數(shù)化分析，研究不同因素對(duì)建筑物內(nèi)力的影響，為工程設(shè)計(jì)和施工提供參考?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)：選擇具有代表性的小凈距隧道工程作為研究對(duì)象，在隧道施工過(guò)程中，對(duì)地表沉降、土體變形以及地表框架結(jié)構(gòu)建筑物的內(nèi)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)在建筑物和土體中布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，使用高精度的監(jiān)測(cè)儀器，如水準(zhǔn)儀、全站儀、應(yīng)變片等，獲取實(shí)際的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證理論模型和數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)實(shí)際工程中存在的問(wèn)題，為進(jìn)一步完善研究提供依據(jù)。二、小凈距隧道開(kāi)挖相關(guān)理論與技術(shù)2.1小凈距隧道的定義與特點(diǎn)小凈距隧道是指兩隧道間的中間巖柱厚度較小，介于連拱隧道和普通分離式雙洞隧道之間的一種特殊隧道結(jié)構(gòu)形式?！豆匪淼涝O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，兩相鄰隧道的最小凈距應(yīng)根據(jù)圍巖類(lèi)別、斷面尺寸、施工方法以及爆破震動(dòng)影響等因素來(lái)確定。一般認(rèn)為，當(dāng)隧道中間巖柱厚度小于規(guī)范建議值時(shí)，即可視為小凈距隧道。在實(shí)際工程中，小凈距隧道的中夾巖柱寬度通常小于1.5倍隧道開(kāi)挖斷面的寬度。與其他隧道形式相比，小凈距隧道具有顯著的特點(diǎn)。從造價(jià)方面來(lái)看，小凈距隧道的造價(jià)和施工工藝與普通分離式雙洞隧道差別較小，但相較于連拱隧道，其造價(jià)要低得多。在城市交通建設(shè)中，采用小凈距隧道形式可以有效降低工程成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。在公路整體線型規(guī)劃和優(yōu)化方面，小凈距隧道具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。由于其凈距較小，在路線布線時(shí)可以更好地適應(yīng)地形和空間條件，減少線路展線長(zhǎng)度，使道路與隧道接線更加順暢，有利于公路整體線型的規(guī)劃和優(yōu)化。在地形復(fù)雜的山區(qū)，小凈距隧道能夠靈活地穿越山體，減少對(duì)自然環(huán)境的破壞，同時(shí)也能滿足交通功能的需求。然而，小凈距隧道也存在一些特殊的問(wèn)題。由于兩隧道間的凈距較小，隧道間的相互影響十分明顯。在施工過(guò)程中，后行洞的開(kāi)挖會(huì)對(duì)先行洞的圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布，增加了隧道施工的難度和風(fēng)險(xiǎn)。中夾巖柱的厚度較小，其穩(wěn)定性相對(duì)較差，在施工過(guò)程中容易出現(xiàn)變形、坍塌等問(wèn)題，需要采取特殊的工程措施來(lái)保證其穩(wěn)定。2.2小凈距隧道開(kāi)挖方法2.2.1常見(jiàn)開(kāi)挖方法介紹臺(tái)階法：臺(tái)階法是將隧道斷面分成上下兩個(gè)或多個(gè)臺(tái)階，分步進(jìn)行開(kāi)挖。根據(jù)臺(tái)階數(shù)量和長(zhǎng)度的不同，可分為短臺(tái)階法、長(zhǎng)臺(tái)階法和多臺(tái)階法。短臺(tái)階法的上下臺(tái)階距離較短，一般為3-5倍洞徑，施工時(shí)上下臺(tái)階可同時(shí)作業(yè)，施工速度相對(duì)較快，但對(duì)圍巖的擾動(dòng)較大。長(zhǎng)臺(tái)階法的上下臺(tái)階距離較長(zhǎng)，一般大于5倍洞徑，上臺(tái)階施工時(shí)，下臺(tái)階可進(jìn)行后續(xù)作業(yè)，有利于施工組織，但施工進(jìn)度相對(duì)較慢。臺(tái)階法施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，施工成本較低，適用于圍巖條件較好、自穩(wěn)能力較強(qiáng)的隧道。在Ⅲ級(jí)及以上圍巖中，臺(tái)階法是較為常用的開(kāi)挖方法。臺(tái)階法施工時(shí)，上臺(tái)階開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，包括噴射混凝土、安裝錨桿和鋼筋網(wǎng)等，以確保圍巖的穩(wěn)定。下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)注意控制爆破參數(shù)，避免對(duì)已完成的初期支護(hù)造成破壞。CD法（中隔壁法）：CD法是在軟弱圍巖大跨度隧道中，先開(kāi)挖隧道的一側(cè)，并施作中隔壁，然后再開(kāi)挖另一側(cè)的施工方法。該方法主要應(yīng)用于雙線隧道Ⅳ級(jí)圍巖深埋硬質(zhì)巖地段以及老黃土隧道（Ⅳ級(jí)圍巖）地段。在CD法施工中，中隔壁將隧道斷面分成左右兩部分，先開(kāi)挖的一側(cè)在中隔壁的保護(hù)下進(jìn)行施工，可有效控制圍巖變形。中隔壁一般采用鋼支撐和噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)，具有較強(qiáng)的承載能力和變形控制能力。CD法施工時(shí)，應(yīng)注意中隔壁的拆除時(shí)機(jī)，一般應(yīng)在全斷面閉合后，各斷面的位移充分穩(wěn)定后才能拆除。拆除中隔壁時(shí)，應(yīng)采取逐步拆除、及時(shí)支護(hù)的方法，確保隧道的安全。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法：雙側(cè)壁導(dǎo)坑法一般將斷面分成四塊，即左、右側(cè)壁導(dǎo)坑、上部核心土和下臺(tái)階。其原理是利用兩個(gè)中隔壁把整個(gè)隧道大斷面分成左中右3個(gè)小斷面施工，左、右導(dǎo)洞先行，中間斷面緊跟其后。初期支護(hù)仰拱成環(huán)后，拆除兩側(cè)導(dǎo)洞臨時(shí)支撐，形成全斷面。兩側(cè)導(dǎo)洞皆為倒鵝蛋形，有利于控制拱頂下沉。當(dāng)隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴(yán)格，圍巖條件特別差，單側(cè)壁導(dǎo)坑法難以控制圍巖變形時(shí)，可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所引起的地表沉陷僅為短臺(tái)階法的1/2。雖然雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖斷面分塊多，擾動(dòng)大，初次支護(hù)全斷面閉合的時(shí)間長(zhǎng)，但每個(gè)分塊都是在開(kāi)挖后立即各自閉合的，所以在施工中間變形幾乎不發(fā)展。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工安全，但速度較慢，成本較高，該方法主要適用于粘性土層、砂層、砂卵層等地層。在雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工中，側(cè)壁導(dǎo)坑開(kāi)挖后方可進(jìn)行下一步開(kāi)挖。地質(zhì)條件差時(shí)，每個(gè)臺(tái)階底部均應(yīng)按設(shè)計(jì)要求設(shè)臨時(shí)鋼架或臨時(shí)仰拱。各部開(kāi)挖時(shí)，周邊輪廓應(yīng)盡量圓順。應(yīng)在先開(kāi)挖側(cè)噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后再進(jìn)行另一側(cè)開(kāi)挖。左右兩側(cè)導(dǎo)坑開(kāi)挖工作面的縱向間距不宜小于15米。當(dāng)開(kāi)挖形成全斷面時(shí)應(yīng)及時(shí)完成全斷面初期支護(hù)閉合。中隔壁與臨時(shí)支撐應(yīng)在澆筑二次襯砌時(shí)逐段拆除。2.2.2不同圍巖條件下開(kāi)挖方法的選擇Ⅰ、Ⅱ級(jí)圍巖：對(duì)于Ⅰ、Ⅱ級(jí)圍巖，其自身穩(wěn)定性較好，承載能力較強(qiáng)。在這種情況下，可優(yōu)先考慮采用臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖。臺(tái)階法施工工藝簡(jiǎn)單，施工速度快，能夠充分發(fā)揮圍巖的自承能力。對(duì)于一些跨度較小的隧道，也可采用全斷面法進(jìn)行開(kāi)挖，全斷面法一次性開(kāi)挖成型，施工效率高，但對(duì)施工設(shè)備和技術(shù)要求較高。在某些特殊情況下，如隧道洞口段、淺埋段或偏壓段，即使圍巖為Ⅰ、Ⅱ級(jí)，為了確保施工安全和控制地表沉降，也可采用單側(cè)壁導(dǎo)洞法。單側(cè)壁導(dǎo)洞法引起的地表沉降約為臺(tái)階法的60%，其拱頂位移為臺(tái)階法的82%，邊墻位移僅為臺(tái)階法的63%。在Ⅱ級(jí)圍巖條件下的小凈距隧道開(kāi)挖，采用單側(cè)壁導(dǎo)洞法可以有效減少開(kāi)挖對(duì)中夾巖的擾動(dòng)，發(fā)揮中夾巖的自承能力。Ⅲ級(jí)圍巖：Ⅲ級(jí)圍巖的穩(wěn)定性相對(duì)較差，在開(kāi)挖過(guò)程中需要采取一定的支護(hù)措施來(lái)保證圍巖的穩(wěn)定。對(duì)于Ⅲ級(jí)圍巖的小凈距隧道，可采用臺(tái)階法結(jié)合超前支護(hù)的方式進(jìn)行開(kāi)挖。超前支護(hù)可以采用超前錨桿、超前小導(dǎo)管等，通過(guò)對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固，提高圍巖的穩(wěn)定性。也可根據(jù)實(shí)際情況選擇CD法。CD法能夠有效地控制圍巖變形，特別是在隧道跨度較大或地質(zhì)條件較為復(fù)雜的情況下，CD法具有更好的適應(yīng)性。在Ⅲ級(jí)圍巖中采用CD法施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)中隔壁的支護(hù)和監(jiān)測(cè)，確保中隔壁的穩(wěn)定。Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖：Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖屬于軟弱圍巖，自穩(wěn)能力差，在開(kāi)挖過(guò)程中極易發(fā)生坍塌等事故。對(duì)于Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖的小凈距隧道，一般采用CD法、CRD法（交叉中隔壁法）或雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。CRD法與CD法類(lèi)似，但在施工過(guò)程中每一步都要求用臨時(shí)仰拱封閉斷面，對(duì)控制變形更加有利，適用于圍巖條件極差、對(duì)地表沉降控制要求嚴(yán)格的情況。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法將隧道斷面分成多個(gè)小斷面進(jìn)行施工，每個(gè)小斷面在開(kāi)挖后立即進(jìn)行支護(hù)，能夠有效地控制圍巖變形和地表沉降。在Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖中采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照施工順序進(jìn)行，加強(qiáng)對(duì)初期支護(hù)的質(zhì)量控制，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。2.3隧道開(kāi)挖引起地表變形的機(jī)理2.3.1土體力學(xué)響應(yīng)在小凈距隧道開(kāi)挖過(guò)程中，土體力學(xué)響應(yīng)是導(dǎo)致地表變形的重要因素之一。隧道開(kāi)挖打破了土體原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起土體應(yīng)力重新分布。當(dāng)隧道開(kāi)挖時(shí)，隧道周邊的土體失去了原有的支撐，導(dǎo)致該區(qū)域的土體應(yīng)力減小，而遠(yuǎn)離隧道的土體應(yīng)力則相對(duì)增大。這種應(yīng)力的變化會(huì)使土體產(chǎn)生變形，進(jìn)而傳遞到地表，引起地表沉降和水平位移。從應(yīng)力應(yīng)變的角度來(lái)看，在隧道開(kāi)挖的初期，由于隧道周邊土體的應(yīng)力釋放，土體開(kāi)始向隧道內(nèi)產(chǎn)生位移，形成塑性區(qū)。隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，塑性區(qū)逐漸擴(kuò)大，土體的變形也不斷增加。在這個(gè)過(guò)程中，土體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)出非線性特征，其彈性模量和泊松比等力學(xué)參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)隧道開(kāi)挖完成后，土體的應(yīng)力逐漸趨于新的平衡狀態(tài)，但由于土體已經(jīng)發(fā)生了塑性變形，這種變形是不可逆的，從而導(dǎo)致地表產(chǎn)生永久性沉降。以某小凈距隧道工程為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，隧道周邊土體的豎向應(yīng)力明顯減小，而水平應(yīng)力則有所增加。在隧道上方的地表，沉降值隨著開(kāi)挖的進(jìn)行逐漸增大，且在隧道中心線處沉降值最大，向兩側(cè)逐漸減小。通過(guò)數(shù)值模擬分析也得到了類(lèi)似的結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了土體力學(xué)響應(yīng)在隧道開(kāi)挖引起地表變形中的重要作用。2.3.2地下水作用地下水在小凈距隧道開(kāi)挖引起地表變形的過(guò)程中扮演著重要角色。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，不可避免地會(huì)破壞地下水位的原有平衡狀態(tài)，導(dǎo)致地下水流失或水位變化。當(dāng)隧道開(kāi)挖導(dǎo)致地下水位下降時(shí)，土體中的有效應(yīng)力會(huì)增加。根據(jù)有效應(yīng)力原理，有效應(yīng)力的增加會(huì)使土體發(fā)生壓縮變形，從而導(dǎo)致地表沉降。在砂性土中，地下水位下降引起的土體壓縮變形較為明顯，可能會(huì)導(dǎo)致較大的地表沉降。地下水的流動(dòng)也會(huì)對(duì)土體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，地下水的流動(dòng)可能會(huì)帶走土體中的細(xì)顆粒物質(zhì)，導(dǎo)致土體的孔隙比增大，強(qiáng)度降低。這種情況下，土體更容易發(fā)生變形和破壞，進(jìn)而加劇地表沉降。地下水的流動(dòng)還可能導(dǎo)致土體的滲透力增加，當(dāng)滲透力超過(guò)土體的抗?jié)B強(qiáng)度時(shí)，會(huì)引發(fā)流砂、管涌等地質(zhì)災(zāi)害，進(jìn)一步破壞土體的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致地表變形。通過(guò)對(duì)某小凈距隧道工程的研究發(fā)現(xiàn)，在隧道開(kāi)挖前，地下水位較高，土體處于飽水狀態(tài)。隨著隧道開(kāi)挖的進(jìn)行，地下水位逐漸下降，土體的有效應(yīng)力增加，地表沉降明顯增大。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，由于地下水的流動(dòng)，導(dǎo)致部分土體出現(xiàn)了流砂現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇了地表沉降和土體變形。因此，在小凈距隧道開(kāi)挖過(guò)程中，必須充分考慮地下水的作用，采取有效的措施控制地下水位變化，減少地下水對(duì)土體穩(wěn)定性和地表變形的影響。三、地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力計(jì)算原理3.1框架結(jié)構(gòu)力學(xué)模型在對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)，通常采用簡(jiǎn)化的力學(xué)模型，以便于進(jìn)行理論計(jì)算和數(shù)值模擬?？蚣芙Y(jié)構(gòu)力學(xué)模型的建立基于一定的假定，這些假定在一定程度上簡(jiǎn)化了實(shí)際結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，但又能較為準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)的主要力學(xué)行為。一般假定框架結(jié)構(gòu)中的梁和柱均為等截面直桿，且梁與柱之間的連接為剛性連接。剛性連接假定意味著梁和柱在節(jié)點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角相等，能夠有效地傳遞彎矩和剪力。在實(shí)際工程中，框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)通常采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆或鋼結(jié)構(gòu)焊接等方式，這些連接方式在一定程度上滿足剛性連接的假定。假定結(jié)構(gòu)材料為理想的彈性材料，即材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系符合胡克定律。在彈性階段，結(jié)構(gòu)的變形與荷載呈線性關(guān)系，這一假定使得結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算可以基于彈性力學(xué)理論進(jìn)行。雖然實(shí)際材料在受力過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)非線性行為，但在正常使用荷載作用下，大部分結(jié)構(gòu)材料仍能保持較好的彈性性能，因此這一假定在工程應(yīng)用中具有一定的合理性。通常忽略結(jié)構(gòu)的軸向變形和剪切變形對(duì)內(nèi)力計(jì)算的影響。在一般情況下，框架結(jié)構(gòu)中梁和柱的軸向變形和剪切變形相對(duì)較小，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響可以忽略不計(jì)。對(duì)于一些特殊結(jié)構(gòu)或在大變形情況下，這些變形可能會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生較大影響，此時(shí)需要考慮這些因素的作用。假定結(jié)構(gòu)所受荷載均作用在節(jié)點(diǎn)上，通過(guò)節(jié)點(diǎn)傳遞到梁和柱上。這一假定簡(jiǎn)化了荷載的傳遞路徑，便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。在實(shí)際工程中，部分荷載可能直接作用在梁或柱上，但通過(guò)等效荷載的方法可以將其轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載，從而滿足這一假定?；谝陨霞俣ǎ蚣芙Y(jié)構(gòu)在力學(xué)分析中可簡(jiǎn)化為梁柱結(jié)構(gòu)體系。在這個(gè)體系中，梁主要承受彎矩和剪力，柱則承受彎矩、剪力和軸力。通過(guò)對(duì)梁柱結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行受力分析，可以確定結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的內(nèi)力分布情況，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全性評(píng)估提供依據(jù)。在水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生側(cè)向位移，通過(guò)計(jì)算梁柱的內(nèi)力和變形，可以評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力性能。在豎向荷載作用下，梁柱的內(nèi)力分布決定了結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性。以一個(gè)典型的多層框架結(jié)構(gòu)為例，其力學(xué)模型可以用圖1表示。在該模型中，梁和柱通過(guò)剛性節(jié)點(diǎn)連接，形成一個(gè)空間受力體系。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到水平荷載F作用時(shí)，各層梁柱會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)力，如彎矩M、剪力V和軸力N。通過(guò)對(duì)這些內(nèi)力的計(jì)算和分析，可以了解結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)。[此處插入典型多層框架結(jié)構(gòu)力學(xué)模型圖]在實(shí)際工程中，框架結(jié)構(gòu)的形式和受力情況可能會(huì)更加復(fù)雜，如存在不規(guī)則的建筑平面、不同的柱網(wǎng)布置、非均勻的荷載分布等。在建立力學(xué)模型時(shí)，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化和調(diào)整，以確保模型能夠準(zhǔn)確地反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。對(duì)于不規(guī)則的建筑平面，可以通過(guò)等效的方法將其轉(zhuǎn)化為規(guī)則的模型進(jìn)行分析；對(duì)于非均勻的荷載分布，可以采用荷載組合的方式進(jìn)行考慮。3.2內(nèi)力計(jì)算方法3.2.1豎向荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算（分層法）分層法是一種用于計(jì)算豎向荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的實(shí)用方法，其基本原理基于結(jié)構(gòu)力學(xué)中的疊加原理。在豎向荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布具有一定的規(guī)律，各層梁上的荷載對(duì)其他層梁的內(nèi)力影響較小，主要對(duì)本層梁和與之相連的上、下柱產(chǎn)生影響。因此，分層法將多層框架結(jié)構(gòu)沿高度方向分解為若干個(gè)獨(dú)立的單層框架，每個(gè)單層框架只考慮本層梁上的豎向荷載以及本層梁與上、下柱之間的相互作用。分層法的具體計(jì)算步驟如下：確定計(jì)算簡(jiǎn)圖：根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)，確定各層框架的計(jì)算跨度、層高以及梁、柱的截面尺寸和材料特性。將框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為梁柱節(jié)點(diǎn)連接的平面結(jié)構(gòu)，忽略梁、柱的軸向變形和剪切變形。在確定計(jì)算簡(jiǎn)圖時(shí)，應(yīng)注意荷載的取值和分布方式，確保計(jì)算模型能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力情況。對(duì)于均布荷載，應(yīng)按照實(shí)際分布范圍進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于集中荷載，應(yīng)明確其作用位置。計(jì)算各層梁、柱的線剛度：線剛度是指桿件單位長(zhǎng)度的抗彎剛度，計(jì)算公式為i=\frac{EI}{l}，其中E為材料的彈性模量，I為桿件的截面慣性矩，l為桿件的計(jì)算長(zhǎng)度。在計(jì)算線剛度時(shí)，需要根據(jù)梁、柱的截面形狀和尺寸，確定相應(yīng)的截面慣性矩。對(duì)于矩形截面梁，I=\frac{bh^{3}}{12}，其中b為梁的寬度，h為梁的高度；對(duì)于圓形截面柱，I=\frac{\pid^{4}}{64}，其中d為柱的直徑。計(jì)算各層梁、柱的彎矩分配系數(shù)：彎矩分配系數(shù)是指在節(jié)點(diǎn)處，各桿件分配到的彎矩與節(jié)點(diǎn)總彎矩的比值。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的平衡條件，各桿件的彎矩分配系數(shù)之和等于1。彎矩分配系數(shù)的計(jì)算公式為\mu_{ij}=\frac{i_{ij}}{\sum_{k=1}^{n}i_{ik}}，其中\(zhòng)mu_{ij}為節(jié)點(diǎn)i處桿件ij的彎矩分配系數(shù)，i_{ij}為桿件ij的線剛度，\sum_{k=1}^{n}i_{ik}為節(jié)點(diǎn)i處所有桿件線剛度之和。在計(jì)算彎矩分配系數(shù)時(shí)，需要考慮桿件的遠(yuǎn)端約束情況。對(duì)于遠(yuǎn)端固定的桿件，其線剛度應(yīng)乘以修正系數(shù)。進(jìn)行彎矩分配和傳遞：從頂層開(kāi)始，依次對(duì)各層框架進(jìn)行彎矩分配和傳遞。首先，將本層梁上的豎向荷載在梁兩端產(chǎn)生的固端彎矩，按照彎矩分配系數(shù)分配到梁兩端和與之相連的柱端。然后，將柱端的彎矩向遠(yuǎn)端傳遞，傳遞系數(shù)根據(jù)桿件的遠(yuǎn)端約束情況確定。對(duì)于遠(yuǎn)端固定的桿件，傳遞系數(shù)為1/2；對(duì)于遠(yuǎn)端鉸支的桿件，傳遞系數(shù)為0。在進(jìn)行彎矩分配和傳遞時(shí)，應(yīng)注意保持節(jié)點(diǎn)的彎矩平衡。每一次分配和傳遞后，都要檢查節(jié)點(diǎn)處的彎矩是否滿足平衡條件。疊加各層內(nèi)力：將各層框架計(jì)算得到的梁、柱內(nèi)力進(jìn)行疊加，得到整個(gè)框架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的最終內(nèi)力。在疊加內(nèi)力時(shí)，應(yīng)注意內(nèi)力的正負(fù)號(hào)，確保疊加結(jié)果的準(zhǔn)確性。分層法適用于節(jié)點(diǎn)梁柱線剛度比大于3的多層多跨規(guī)則框架結(jié)構(gòu)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)梁柱線剛度比較小的框架結(jié)構(gòu)，由于梁柱之間的相互作用較強(qiáng)，分層法的計(jì)算結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生較大誤差。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況，合理選擇內(nèi)力計(jì)算方法。對(duì)于一些復(fù)雜的框架結(jié)構(gòu)，也可以采用有限元等數(shù)值方法進(jìn)行分析，以提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。3.2.2水平荷載作用下的內(nèi)力計(jì)算（反彎點(diǎn)法、D值法）反彎點(diǎn)法：反彎點(diǎn)法是一種用于計(jì)算水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力的近似方法，其基本假定為水平荷載化為節(jié)點(diǎn)荷載；在同一層內(nèi)各柱的高度、截面、材料是相同的，因此水平剪力平均分配；最下層柱的反彎點(diǎn)在距柱底0.6柱高處，上面各層柱的反彎點(diǎn)在柱高的中點(diǎn)。在水平荷載作用下，框架結(jié)構(gòu)的彎矩圖呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，各桿的彎矩圖均為直線形，且存在一個(gè)彎矩為零的點(diǎn)，即反彎點(diǎn)。反彎點(diǎn)法的計(jì)算原理就是通過(guò)確定柱的剪力和反彎點(diǎn)的位置，來(lái)求解各柱的柱端彎矩，進(jìn)而求得梁端彎矩及整個(gè)框架結(jié)構(gòu)的其他內(nèi)力。反彎點(diǎn)法的計(jì)算步驟如下：首先，根據(jù)水平荷載的大小和分布情況，計(jì)算各層框架的總水平剪力。其次，將各層的總水平剪力按照各柱的抗側(cè)移剛度進(jìn)行分配，得到各柱所承擔(dān)的剪力。柱的抗側(cè)移剛度d表示框架柱兩端有相對(duì)單位側(cè)移時(shí)柱中產(chǎn)生的剪力，它與柱兩端的約束情況有關(guān)。在反彎點(diǎn)法中，由于假定梁的線剛度無(wú)限大，可近似認(rèn)為節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角為零，根據(jù)兩端無(wú)轉(zhuǎn)角但有單位水平位移時(shí)桿件的桿端剪力方程，可計(jì)算出柱的抗側(cè)移剛度。然后，根據(jù)反彎點(diǎn)的位置假定，確定各柱反彎點(diǎn)的位置。最后，根據(jù)柱的剪力和反彎點(diǎn)位置，計(jì)算各柱的柱端彎矩。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的彎矩平衡條件，由柱端彎矩可計(jì)算出梁端彎矩。反彎點(diǎn)法適用于梁的線剛度與柱的線剛度之比大于3的情況。當(dāng)梁、柱線剛度比較小時(shí)，反彎點(diǎn)法的計(jì)算結(jié)果誤差較大，因?yàn)榇藭r(shí)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角不能忽略，柱的抗側(cè)移剛度和反彎點(diǎn)位置會(huì)發(fā)生較大變化。2.D值法：D值法是對(duì)反彎點(diǎn)法的一種改進(jìn)，也稱(chēng)為修正反彎點(diǎn)法。當(dāng)框架柱的線剛度較大時(shí)，由反彎點(diǎn)法求得的內(nèi)力和水平位移會(huì)產(chǎn)生較大誤差。日本武騰清提出了修正柱的側(cè)移剛度和調(diào)整反彎點(diǎn)高度的方法，修正后的柱側(cè)移剛度用D表示，故稱(chēng)為D值法。D值法考慮了梁柱線剛度比以及樓層位置等因素對(duì)柱側(cè)移剛度和反彎點(diǎn)位置的影響。D值法的計(jì)算步驟如下：首先，計(jì)算柱的修正側(cè)移剛度D。D值不僅與柱本身的線剛度有關(guān)，還與梁柱線剛度比、上下層梁的線剛度以及上下層柱的高度等因素有關(guān)。通過(guò)引入修正系數(shù)\alpha，對(duì)柱的側(cè)移剛度進(jìn)行修正。\alpha的取值根據(jù)梁柱線剛度比和節(jié)點(diǎn)約束情況確定。其次，確定反彎點(diǎn)高度y。反彎點(diǎn)高度不僅與柱所在樓層有關(guān)，還與梁柱線剛度比、上下層柱的高度變化以及水平荷載的分布形式等因素有關(guān)。通過(guò)引入一系列修正系數(shù)，對(duì)反彎點(diǎn)高度進(jìn)行調(diào)整。然后，根據(jù)各柱的修正側(cè)移剛度D，分配樓層的水平剪力，得到各柱所承擔(dān)的剪力。最后，根據(jù)各柱的剪力和反彎點(diǎn)高度，計(jì)算各柱的柱端彎矩，再根據(jù)節(jié)點(diǎn)彎矩平衡條件計(jì)算梁端彎矩。D值法適用于各種類(lèi)型的框架結(jié)構(gòu)，尤其是梁柱線剛度比差異較大的情況。與反彎點(diǎn)法相比，D值法的計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確，能夠更好地反映框架結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的實(shí)際受力狀態(tài)。在實(shí)際工程中，對(duì)于高層建筑的框架結(jié)構(gòu)，由于其梁柱線剛度比變化較大，通常采用D值法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。3.3內(nèi)力組合在對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)，僅考慮單一荷載作用下的內(nèi)力是不夠的，因?yàn)樵趯?shí)際工程中，結(jié)構(gòu)往往會(huì)同時(shí)承受多種荷載的共同作用。因此，需要進(jìn)行內(nèi)力組合，以確定結(jié)構(gòu)在最不利荷載組合下的內(nèi)力情況，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全性評(píng)估提供準(zhǔn)確依據(jù)。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）的規(guī)定，對(duì)于一般的框架結(jié)構(gòu)，需要考慮以下幾種荷載組合情況：無(wú)地震作用組合：在這種情況下，主要考慮永久荷載（恒載）和可變荷載（活載）的組合?？勺兒奢d效應(yīng)控制的組合公式為S=1.2S_{Gk}+1.4S_{Q1k}+\sum_{i=2}^{n}\psi_{ci}S_{Qik}，其中S為荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值；S_{Gk}為永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的效應(yīng)；S_{Q1k}為第1個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的效應(yīng)，該可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)大于其他任意第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；\psi_{ci}為第i個(gè)可變荷載的組合值系數(shù)；S_{Qik}為第i個(gè)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的效應(yīng)。永久荷載效應(yīng)控制的組合公式為S=1.35S_{Gk}+\sum_{i=1}^{n}\psi_{ci}S_{Qik}。在實(shí)際計(jì)算中，需要分別計(jì)算這兩種組合下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，并取最不利的結(jié)果作為設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)于某一框架結(jié)構(gòu)梁，恒載作用下梁端彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為M_{Gk}=-50kN?·m，活載作用下梁端彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為M_{Q1k}=-20kN?·m，其他可變荷載組合值系數(shù)\psi_{ci}=0.7，其產(chǎn)生的效應(yīng)為M_{Qik}=-10kN?·m。按照可變荷載效應(yīng)控制的組合，梁端彎矩設(shè)計(jì)值為M=1.2??(-50)+1.4??(-20)+0.7??(-10)=-95kN?·m；按照永久荷載效應(yīng)控制的組合，梁端彎矩設(shè)計(jì)值為M=1.35??(-50)+0.7??(-10)=-74.5kN?·m。比較兩者結(jié)果，取M=-95kN?·m作為設(shè)計(jì)依據(jù)。有地震作用組合：當(dāng)考慮地震作用時(shí)，荷載組合公式為S=\gamma_{G}S_{GE}+\gamma_{Eh}S_{Ehk}+\gamma_{Ev}S_{Evk}+\psi_{w}\gamma_{w}S_{wk}，其中\(zhòng)gamma_{G}為重力荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般情況應(yīng)采用1.2，當(dāng)重力荷載效應(yīng)對(duì)構(gòu)件承載能力有利時(shí)，不應(yīng)大于1.0；\gamma_{Eh}、\gamma_{Ev}分別為水平、豎向地震作用分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)按表6-1采用；\psi_{w}為風(fēng)荷載組合值系數(shù)，一般結(jié)構(gòu)取0.0，風(fēng)荷載起控制作用的高層建筑應(yīng)采用0.2；\gamma_{w}為風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)采用1.4；S_{GE}為重力荷載代表值的效應(yīng)，有吊車(chē)時(shí)，尚應(yīng)包括懸吊物重力標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；S_{Ehk}為水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；S_{Evk}為豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；S_{wk}為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。在地震作用下，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布會(huì)發(fā)生較大變化，需要特別關(guān)注地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。對(duì)于地震設(shè)防烈度為7度的地區(qū)，某框架結(jié)構(gòu)在水平地震作用下柱底彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為M_{Ehk}=80kN?·m，重力荷載代表值作用下柱底彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為M_{GE}=30kN?·m，風(fēng)荷載作用可忽略不計(jì)（\psi_{w}\gamma_{w}S_{wk}=0）。按照有地震作用組合，取\gamma_{G}=1.2，\gamma_{Eh}=1.3，柱底彎矩設(shè)計(jì)值為M=1.2??30+1.3??80=140kN?·m。在進(jìn)行內(nèi)力組合時(shí)，還需要考慮結(jié)構(gòu)的控制截面。對(duì)于框架梁，一般取梁的兩端和跨中作為控制截面。梁端截面主要考慮最大正彎矩、最大負(fù)彎矩和最大剪力；跨中截面主要考慮最大正彎矩。對(duì)于框架柱，通常取柱頂和柱底作為控制截面，考慮軸力、彎矩和剪力的組合。在確定控制截面的內(nèi)力時(shí)，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和實(shí)際情況進(jìn)行分析。對(duì)于框架梁，在豎向荷載作用下，梁端會(huì)產(chǎn)生負(fù)彎矩，跨中會(huì)產(chǎn)生正彎矩；在水平荷載作用下，梁端和跨中的彎矩和剪力都會(huì)發(fā)生變化。因此，需要分別計(jì)算不同荷載作用下控制截面的內(nèi)力，并進(jìn)行組合。通過(guò)合理的內(nèi)力組合，可以得到結(jié)構(gòu)在各種可能荷載組合下的最不利內(nèi)力，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。在實(shí)際工程中，內(nèi)力組合的計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，通常借助專(zhuān)業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算，但設(shè)計(jì)師需要了解內(nèi)力組合的原理和方法，以便對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和判斷。四、數(shù)值模擬分析4.1數(shù)值模擬軟件及原理在小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力影響的研究中，選用FLAC3D有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析。FLAC3D，全稱(chēng)為FastLagrangianAnalysisofContinuain3D，是一款專(zhuān)門(mén)針對(duì)巖土工程領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的三維連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日分析軟件，在計(jì)算地下開(kāi)挖、巖土工程、地震災(zāi)害、地下水等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。FLAC3D的基本原理基于顯示差分法來(lái)求解運(yùn)動(dòng)方程和動(dòng)力方程。在模擬過(guò)程中，首先將計(jì)算區(qū)域離散化，把巖土體或其他連續(xù)介質(zhì)劃分成若干個(gè)單元，這些單元之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)相互聯(lián)結(jié)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)受到荷載作用后，其運(yùn)動(dòng)方程能夠?qū)懗蓵r(shí)間步長(zhǎng)為\Deltat的有限差分形式。在某一微小時(shí)間段內(nèi)，作用于該節(jié)點(diǎn)的荷載僅對(duì)周?chē)舾晒?jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響。依據(jù)單元節(jié)點(diǎn)的速度變化和時(shí)段，求出單元之間的相對(duì)位移，進(jìn)而得到單元應(yīng)變。利用單元材料的本構(gòu)關(guān)系求出單元應(yīng)力。隨著時(shí)間段的不斷增長(zhǎng)，這一過(guò)程將逐步擴(kuò)展到整個(gè)區(qū)域，從而計(jì)算出單元之間的不平衡力。然后，將不平衡力重新作用到節(jié)點(diǎn)上，再進(jìn)行下一步迭代過(guò)程，如此循環(huán)，直到平衡力足夠小或節(jié)點(diǎn)位移趨于平衡為止。在材料模型方面，F(xiàn)LAC3D內(nèi)置有10種本構(gòu)模型，包含1種空單元模型，該模型可用于模擬開(kāi)挖；3種彈性模型，分別適用于各向同性、橫向各向同性及正交彈性模型；6種彈塑性模型，例如DruckerPrager模型、Mohr-Coulomb模型、應(yīng)變硬化/軟化模型、遍歷節(jié)點(diǎn)模型、雙線性應(yīng)變硬化/軟化遍歷節(jié)點(diǎn)模型、Cam-clay模型等。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可針對(duì)不同的巖土材料選用相應(yīng)的本構(gòu)模型，能夠較為真實(shí)地反映實(shí)際材料的力學(xué)動(dòng)態(tài)行為。例如，在模擬小凈距隧道開(kāi)挖時(shí)，對(duì)于一般的土體材料，可選用Mohr-Coulomb模型，該模型考慮了土體的抗剪強(qiáng)度和剪脹性，能較好地描述土體在隧道開(kāi)挖過(guò)程中的力學(xué)響應(yīng)。在處理復(fù)雜的巖土工程問(wèn)題時(shí)，F(xiàn)LAC3D具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它能夠模擬力-熱-液等多場(chǎng)的耦合作用，比如在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，考慮地下水滲流對(duì)土體力學(xué)性質(zhì)的影響，以及溫度變化對(duì)土體和結(jié)構(gòu)的作用。能夠模擬地震下的動(dòng)力響應(yīng)，分析隧道和地表建筑物在地震作用下的動(dòng)力特性和破壞機(jī)制。還能模擬巖土體的蠕變行為以及多種支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用，為隧道工程的設(shè)計(jì)和施工提供全面的分析結(jié)果。相較于其他有限元軟件，如ANSYS，F(xiàn)LAC3D在巖土工程領(lǐng)域具有更強(qiáng)的針對(duì)性和專(zhuān)業(yè)性。ANSYS是一款集成了多種工程仿真功能的軟件，涵蓋了結(jié)構(gòu)分析、流體動(dòng)力學(xué)、電磁場(chǎng)分析等多個(gè)領(lǐng)域，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析方面表現(xiàn)出色。但在處理大變形問(wèn)題時(shí)，F(xiàn)LAC3D采用的離散元方法比ANSYS的有限元方法更具優(yōu)勢(shì)，能夠更好地模擬巖土材料的破壞和流動(dòng)行為。在模擬隧道開(kāi)挖這類(lèi)涉及大變形、大位移的巖土工程問(wèn)題時(shí)，F(xiàn)LAC3D能夠更準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況。4.2模型建立4.2.1工程背景選取本研究選取某城市地鐵小凈距隧道工程作為研究對(duì)象，該隧道位于城市繁華區(qū)域，周邊建筑物密集，其中一座地表框架結(jié)構(gòu)建筑物緊鄰隧道。該框架結(jié)構(gòu)建筑物為6層商業(yè)建筑，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，建筑物平面尺寸為長(zhǎng)30m、寬20m。框架柱采用C30混凝土，截面尺寸為600mm×600mm；梁采用C25混凝土，截面尺寸為300mm×600mm。建筑物的結(jié)構(gòu)布置較為規(guī)則，柱網(wǎng)間距為6m×6m。小凈距隧道采用礦山法施工，兩隧道的凈距為8m，隧道埋深為15m。隧道斷面為馬蹄形，開(kāi)挖寬度為10m，高度為8m。隧道穿越的地層主要為粉質(zhì)黏土和粉砂，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。該區(qū)域地下水位較高，水位埋深為3m。在隧道施工過(guò)程中，由于緊鄰地表框架結(jié)構(gòu)建筑物，隧道開(kāi)挖對(duì)建筑物內(nèi)力的影響成為工程關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。4.2.2模型參數(shù)設(shè)置隧道與圍巖參數(shù)：在數(shù)值模擬中，隧道襯砌采用C35鋼筋混凝土，彈性模量取3.15×10^4MPa，泊松比取0.2。圍巖為粉質(zhì)黏土和粉砂，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察報(bào)告和室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，粉質(zhì)黏土的彈性模量取15MPa，泊松比取0.3，重度取19kN/m3；粉砂的彈性模量取20MPa，泊松比取0.25，重度取20kN/m3?？紤]到圍巖的非線性特性，采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型進(jìn)行模擬，粉質(zhì)黏土的黏聚力取15kPa，內(nèi)摩擦角取20°；粉砂的黏聚力取5kPa，內(nèi)摩擦角取30°?？蚣芙Y(jié)構(gòu)參數(shù)：框架結(jié)構(gòu)的梁和柱均采用C30混凝土，彈性模量取3.0×10^4MPa，泊松比取0.2。鋼筋采用HRB400，彈性模量取2.0×10^5MPa，屈服強(qiáng)度取360MPa。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，確定梁和柱的截面尺寸以及配筋情況。梁的縱向受力鋼筋采用4根直徑為20mm的鋼筋，箍筋采用直徑為8mm的鋼筋，間距為200mm；柱的縱向受力鋼筋采用8根直徑為22mm的鋼筋，箍筋采用直徑為10mm的鋼筋，間距為150mm。4.2.3邊界條件與荷載施加邊界條件：為了模擬實(shí)際工程中的邊界條件，模型的左右兩側(cè)施加水平約束，限制水平方向的位移；底部施加固定約束，限制水平和豎向方向的位移；頂部為自由邊界。在模型的四周和底部設(shè)置遠(yuǎn)場(chǎng)邊界，以減少邊界效應(yīng)的影響。遠(yuǎn)場(chǎng)邊界的距離根據(jù)相關(guān)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)確定，一般取隧道直徑的3-5倍，本模型中取為4倍隧道直徑，即40m。在遠(yuǎn)場(chǎng)邊界上，采用等效節(jié)點(diǎn)力的方式模擬遠(yuǎn)處土體對(duì)模型的作用。荷載施加：考慮的荷載主要包括土體自重、建筑物自重、地下水壓力以及隧道開(kāi)挖引起的附加荷載。土體自重根據(jù)土體的重度和模型的尺寸進(jìn)行計(jì)算，在模型中通過(guò)重力加速度進(jìn)行施加。建筑物自重根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)尺寸和材料密度進(jìn)行計(jì)算，將其等效為均布荷載施加在框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)上。地下水壓力根據(jù)地下水位的高度進(jìn)行計(jì)算，在模型中采用滲流邊界條件進(jìn)行模擬。隧道開(kāi)挖引起的附加荷載通過(guò)在隧道開(kāi)挖區(qū)域逐步釋放應(yīng)力的方式進(jìn)行施加，模擬隧道開(kāi)挖過(guò)程中土體應(yīng)力的變化。在隧道開(kāi)挖前，對(duì)模型進(jìn)行初始地應(yīng)力平衡計(jì)算，使模型達(dá)到初始穩(wěn)定狀態(tài)。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，按照實(shí)際施工順序，逐步開(kāi)挖隧道，并及時(shí)施作襯砌支護(hù)，模擬隧道開(kāi)挖和支護(hù)的全過(guò)程。4.3模擬工況設(shè)計(jì)為全面研究小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力的影響，設(shè)計(jì)了多種模擬工況，涵蓋了隧道開(kāi)挖順序、隧道與建筑物距離、圍巖級(jí)別等關(guān)鍵因素，具體工況設(shè)計(jì)如下：隧道開(kāi)挖順序：工況1：先行洞采用臺(tái)階法開(kāi)挖，后行洞在先行洞完成初期支護(hù)后，采用CD法開(kāi)挖。臺(tái)階法施工時(shí)，上臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3-5倍洞徑，下臺(tái)階緊跟其后，及時(shí)施作初期支護(hù)。CD法施工時(shí)，先開(kāi)挖隧道的一側(cè)，并施作中隔壁，然后再開(kāi)挖另一側(cè)，中隔壁采用鋼支撐和噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)。工況2：先行洞采用CD法開(kāi)挖，后行洞在先行洞完成初期支護(hù)后，采用臺(tái)階法開(kāi)挖。在CD法施工中，嚴(yán)格按照施工順序進(jìn)行，及時(shí)封閉初期支護(hù)，確保圍巖穩(wěn)定。臺(tái)階法施工時(shí)，注意控制開(kāi)挖速度和爆破參數(shù)，避免對(duì)后行洞的初期支護(hù)造成破壞。工況3：先行洞和后行洞同時(shí)采用臺(tái)階法開(kāi)挖，但控制兩洞掌子面的間距為15m。在施工過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)兩洞掌子面的監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，確保施工安全。隧道與建筑物距離：工況4：隧道與建筑物的水平距離為10m，垂直距離為15m。在這種情況下，研究隧道開(kāi)挖對(duì)建筑物基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。工況5：隧道與建筑物的水平距離為15m，垂直距離為20m。分析不同水平和垂直距離下，隧道開(kāi)挖引起的地表沉降和土體變形對(duì)建筑物內(nèi)力的影響程度。工況6：隧道與建筑物的水平距離為20m，垂直距離為25m。通過(guò)對(duì)比不同距離工況下的模擬結(jié)果，總結(jié)隧道與建筑物距離對(duì)建筑物內(nèi)力影響的規(guī)律。圍巖級(jí)別：工況7：圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)，采用臺(tái)階法結(jié)合超前支護(hù)的方式進(jìn)行開(kāi)挖。超前支護(hù)采用超前錨桿，錨桿長(zhǎng)度為3m，間距為1m，梅花形布置。在開(kāi)挖過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)圍巖的監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。工況8：圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)，采用CD法進(jìn)行開(kāi)挖。在CD法施工中，嚴(yán)格控制中隔壁的施工質(zhì)量，確保中隔壁的穩(wěn)定。加強(qiáng)對(duì)初期支護(hù)的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理初期支護(hù)的變形和損壞。工況9：圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開(kāi)挖。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工時(shí)，嚴(yán)格按照施工順序進(jìn)行，及時(shí)封閉初期支護(hù)，確保圍巖穩(wěn)定。加強(qiáng)對(duì)施工過(guò)程的管理，提高施工效率，減少施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)。通過(guò)以上模擬工況的設(shè)計(jì)，能夠全面、系統(tǒng)地研究小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力的影響，為后續(xù)的模擬結(jié)果分析和工程實(shí)踐提供豐富的數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。4.4模擬結(jié)果分析4.4.1隧道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖變形特征通過(guò)對(duì)不同工況下的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析，得到了隧道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖的位移和應(yīng)力變化規(guī)律。在位移方面，隨著隧道開(kāi)挖的進(jìn)行，圍巖向隧道內(nèi)產(chǎn)生明顯的位移。在隧道開(kāi)挖初期，圍巖位移增長(zhǎng)較快，隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的施作，位移增長(zhǎng)速度逐漸減緩。在不同工況下，先行洞和后行洞的開(kāi)挖對(duì)圍巖位移的影響存在差異。在工況1中，先行洞采用臺(tái)階法開(kāi)挖，后行洞采用CD法開(kāi)挖。先行洞開(kāi)挖時(shí)，圍巖位移主要集中在隧道周邊，尤其是拱頂和邊墻部位，拱頂最大位移可達(dá)30mm。后行洞開(kāi)挖時(shí)，由于中隔壁的作用，對(duì)先行洞圍巖位移的影響相對(duì)較小，但后行洞自身周邊圍巖位移有所增加，拱頂最大位移達(dá)到35mm。在工況2中，先行洞采用CD法開(kāi)挖，后行洞采用臺(tái)階法開(kāi)挖。先行洞開(kāi)挖時(shí)，圍巖位移得到較好的控制，拱頂最大位移為25mm。后行洞開(kāi)挖時(shí)，由于先行洞的支護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成一定的承載能力，后行洞周邊圍巖位移相對(duì)較小，拱頂最大位移為30mm。在工況3中，先行洞和后行洞同時(shí)采用臺(tái)階法開(kāi)挖。由于兩洞同時(shí)開(kāi)挖，對(duì)圍巖的擾動(dòng)較大，圍巖位移明顯增大，兩洞拱頂最大位移均達(dá)到40mm以上。從圍巖應(yīng)力變化來(lái)看，隧道開(kāi)挖導(dǎo)致圍巖應(yīng)力重新分布。在隧道周邊，圍巖應(yīng)力集中明顯，尤其是在拱頂、拱腳和邊墻部位。隨著隧道凈距的減小，兩隧道之間的圍巖應(yīng)力重疊區(qū)域增大，中夾巖柱的應(yīng)力水平顯著提高。在工況4中，隧道與建筑物的水平距離為10m，垂直距離為15m。此時(shí)，隧道開(kāi)挖對(duì)建筑物下方圍巖應(yīng)力影響較大，建筑物基礎(chǔ)下方圍巖的豎向應(yīng)力明顯增大，最大應(yīng)力達(dá)到5MPa以上。在工況5和工況6中，隨著隧道與建筑物距離的增大，隧道開(kāi)挖對(duì)建筑物下方圍巖應(yīng)力的影響逐漸減小。不同圍巖級(jí)別對(duì)圍巖變形也有顯著影響。隨著圍巖級(jí)別的降低，圍巖的自穩(wěn)能力減弱，隧道開(kāi)挖引起的圍巖位移和應(yīng)力變化更加明顯。在工況7中，圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)，采用臺(tái)階法結(jié)合超前支護(hù)的方式進(jìn)行開(kāi)挖。由于超前支護(hù)的作用，圍巖位移和應(yīng)力得到較好的控制，拱頂最大位移為20mm，圍巖最大應(yīng)力為4MPa。在工況8中，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)，采用CD法進(jìn)行開(kāi)挖。雖然CD法對(duì)圍巖變形有一定的控制作用，但由于圍巖級(jí)別較低，圍巖位移和應(yīng)力仍然較大，拱頂最大位移達(dá)到30mm，圍巖最大應(yīng)力為5MPa。在工況9中，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開(kāi)挖。盡管雙側(cè)壁導(dǎo)坑法能夠有效控制圍巖變形，但由于圍巖條件極差，圍巖位移和應(yīng)力仍然較為顯著，拱頂最大位移為40mm，圍巖最大應(yīng)力為6MPa。4.4.2地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力變化在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，地表框架結(jié)構(gòu)建筑物的內(nèi)力也發(fā)生了明顯變化。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析，研究了隧道開(kāi)挖對(duì)框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力（彎矩、軸力、剪力）的影響。從彎矩變化來(lái)看，在隧道開(kāi)挖初期，建筑物底層梁、柱的彎矩開(kāi)始逐漸增大。隨著隧道開(kāi)挖的進(jìn)行，彎矩增長(zhǎng)速度加快，且靠近隧道一側(cè)的梁、柱彎矩明顯大于遠(yuǎn)離隧道一側(cè)。在工況1中，當(dāng)先行洞開(kāi)挖完成后，建筑物靠近先行洞一側(cè)底層梁端最大彎矩達(dá)到150kN?m，柱端最大彎矩達(dá)到120kN?m。后行洞開(kāi)挖后，建筑物底層梁、柱彎矩進(jìn)一步增大，靠近后行洞一側(cè)梁端最大彎矩達(dá)到200kN?m，柱端最大彎矩達(dá)到160kN?m。在不同工況下，隧道開(kāi)挖順序?qū)ㄖ飶澗氐挠绊戄^為顯著。工況2中，由于先行洞采用CD法開(kāi)挖，對(duì)圍巖擾動(dòng)較小，建筑物底層梁、柱彎矩增長(zhǎng)相對(duì)較慢，先行洞開(kāi)挖完成后，靠近先行洞一側(cè)梁端最大彎矩為120kN?m，柱端最大彎矩為100kN?m。后行洞采用臺(tái)階法開(kāi)挖后，彎矩增長(zhǎng)幅度相對(duì)較大，靠近后行洞一側(cè)梁端最大彎矩達(dá)到180kN?m，柱端最大彎矩達(dá)到140kN?m。軸力方面，隧道開(kāi)挖引起建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)柱的軸力發(fā)生變化?？拷淼酪粋?cè)的柱軸力明顯增大，遠(yuǎn)離隧道一側(cè)的柱軸力則有所減小。在工況4中，隧道與建筑物水平距離為10m時(shí)，靠近隧道一側(cè)底層柱軸力最大增加了300kN，遠(yuǎn)離隧道一側(cè)柱軸力最大減小了100kN。隨著隧道與建筑物距離的增大，柱軸力的變化幅度逐漸減小。在工況6中，隧道與建筑物水平距離為20m時(shí)，靠近隧道一側(cè)底層柱軸力最大增加了150kN，遠(yuǎn)離隧道一側(cè)柱軸力最大減小了50kN。剪力在隧道開(kāi)挖過(guò)程中也有所變化，建筑物底層梁、柱的剪力隨著隧道開(kāi)挖逐漸增大。在工況3中，先行洞和后行洞同時(shí)開(kāi)挖，對(duì)建筑物的影響較大，建筑物底層梁端最大剪力達(dá)到80kN，柱端最大剪力達(dá)到60kN。不同圍巖級(jí)別對(duì)建筑物剪力也有一定影響，圍巖級(jí)別越低，建筑物剪力的增長(zhǎng)幅度越大。在工況9中，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，建筑物底層梁端最大剪力達(dá)到100kN，柱端最大剪力達(dá)到80kN，明顯大于工況7中圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)時(shí)的剪力值。4.4.3影響因素敏感性分析為了確定對(duì)建筑物內(nèi)力影響較大的因素及其敏感性程度，采用控制變量法對(duì)不同因素進(jìn)行敏感性分析。通過(guò)逐一改變隧道開(kāi)挖順序、隧道與建筑物距離、圍巖級(jí)別等因素，對(duì)比分析建筑物內(nèi)力的變化情況。分析結(jié)果表明，隧道開(kāi)挖順序?qū)ㄖ飪?nèi)力影響較為顯著。不同的開(kāi)挖順序會(huì)導(dǎo)致隧道圍巖應(yīng)力和變形的不同發(fā)展過(guò)程，從而對(duì)建筑物內(nèi)力產(chǎn)生不同程度的影響。先行洞采用CD法開(kāi)挖，后行洞采用臺(tái)階法開(kāi)挖的工況下，建筑物內(nèi)力增長(zhǎng)相對(duì)較為平穩(wěn)，且增長(zhǎng)幅度相對(duì)較?。欢刃卸春秃笮卸赐瑫r(shí)采用臺(tái)階法開(kāi)挖時(shí)，建筑物內(nèi)力增長(zhǎng)迅速，且增長(zhǎng)幅度較大。隧道與建筑物距離也是影響建筑物內(nèi)力的重要因素。隨著隧道與建筑物水平和垂直距離的增大，隧道開(kāi)挖對(duì)建筑物內(nèi)力的影響逐漸減小。當(dāng)隧道與建筑物水平距離小于15m時(shí)，建筑物內(nèi)力變化明顯；當(dāng)水平距離大于20m時(shí)，建筑物內(nèi)力變化幅度較小。隧道與建筑物垂直距離的變化對(duì)建筑物內(nèi)力也有一定影響，但相對(duì)水平距離的影響較小。圍巖級(jí)別對(duì)建筑物內(nèi)力的影響也不容忽視。圍巖級(jí)別越低，隧道開(kāi)挖引起的圍巖變形和應(yīng)力變化越大，從而對(duì)建筑物內(nèi)力的影響也越大。在Ⅴ級(jí)圍巖條件下，建筑物內(nèi)力的增長(zhǎng)幅度明顯大于Ⅲ級(jí)圍巖條件下的增長(zhǎng)幅度。通過(guò)對(duì)各因素的敏感性分析，確定了隧道開(kāi)挖順序、隧道與建筑物距離、圍巖級(jí)別為對(duì)建筑物內(nèi)力影響較大的主要因素。在實(shí)際工程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注這些因素，采取相應(yīng)的措施來(lái)減小隧道開(kāi)挖對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力的影響。五、工程案例分析5.1案例工程概況本案例選取的工程位于某城市的繁華商業(yè)區(qū)，該區(qū)域交通繁忙，建筑物密集。小凈距隧道作為城市地鐵線路的一部分，其施工對(duì)周邊環(huán)境的影響備受關(guān)注。小凈距隧道采用雙洞平行布置，兩洞的凈距為6m，屬于典型的小凈距隧道。隧道全長(zhǎng)800m，采用礦山法施工，其中200m穿越粉質(zhì)黏土和粉砂地層，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)；其余600m穿越砂質(zhì)黏土和砂巖地層，圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。隧道斷面為馬蹄形，開(kāi)挖寬度為12m，高度為10m。為確保施工安全和隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)包括噴射混凝土、錨桿和鋼支撐，二次襯砌采用鋼筋混凝土。在Ⅳ級(jí)圍巖段，初期支護(hù)噴射混凝土厚度為25cm，錨桿長(zhǎng)度為3m，間距為1.2m×1.2m，鋼支撐采用I20工字鋼，間距為0.8m；在Ⅲ級(jí)圍巖段，初期支護(hù)噴射混凝土厚度為20cm，錨桿長(zhǎng)度為2.5m，間距為1.5m×1.5m，鋼支撐采用I18工字鋼，間距為1.0m。地表框架結(jié)構(gòu)建筑物緊鄰隧道，為一座8層商業(yè)建筑，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為4m。建筑物平面尺寸為長(zhǎng)40m、寬30m?？蚣苤捎肅35混凝土，截面尺寸為700mm×700mm；梁采用C30混凝土，截面尺寸為350mm×700mm。建筑物的柱網(wǎng)間距為8m×8m。該建筑物建成已有10年，結(jié)構(gòu)狀況良好，但由于緊鄰隧道施工區(qū)域，其結(jié)構(gòu)安全面臨一定的風(fēng)險(xiǎn)。在工程施工前，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘察，包括鉆探、原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)等。勘察結(jié)果表明，該區(qū)域地層自上而下依次為雜填土、粉質(zhì)黏土、粉砂、砂質(zhì)黏土和砂巖。雜填土厚度為1-2m，結(jié)構(gòu)松散，成分復(fù)雜；粉質(zhì)黏土和粉砂層厚度為5-8m，呈軟塑-可塑狀態(tài)，承載力較低；砂質(zhì)黏土層厚度為10-15m，呈可塑-硬塑狀態(tài)，承載力較高；砂巖層厚度較大，巖質(zhì)較硬，完整性較好。地下水位埋深為2m，主要賦存于粉質(zhì)黏土和粉砂層中，水位變化受季節(jié)影響較大。根據(jù)工程實(shí)際情況和地質(zhì)條件，制定了詳細(xì)的施工方案。在隧道施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照新奧法原理進(jìn)行施工，遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”的原則。對(duì)于Ⅳ級(jí)圍巖段，采用CD法開(kāi)挖，先開(kāi)挖隧道的一側(cè)，并施作中隔壁，然后再開(kāi)挖另一側(cè)，及時(shí)施作初期支護(hù)和二次襯砌。對(duì)于Ⅲ級(jí)圍巖段，采用臺(tái)階法開(kāi)挖，上臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3-5倍洞徑，下臺(tái)階緊跟其后，及時(shí)施作初期支護(hù)和二次襯砌。在施工過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，確保施工安全和隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。5.2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案與數(shù)據(jù)采集5.2.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容與測(cè)點(diǎn)布置為全面掌握小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力的影響，在工程現(xiàn)場(chǎng)布置了詳細(xì)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容與測(cè)點(diǎn)。在隧道方面，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括圍巖周邊位移、拱頂下沉、圍巖內(nèi)部位移以及支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力。對(duì)于圍巖周邊位移，在隧道洞身每10m設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面在拱腰、邊墻和拱頂?shù)炔课徊贾?個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用收斂計(jì)進(jìn)行測(cè)量。拱頂下沉監(jiān)測(cè)點(diǎn)與周邊位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共用拱頂位置測(cè)點(diǎn)，使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。圍巖內(nèi)部位移則通過(guò)在不同深度的圍巖中預(yù)埋多點(diǎn)位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別位于拱頂、左拱腰和右拱腰位置，以了解圍巖內(nèi)部不同深度的位移變化情況。支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)方面，在初期支護(hù)的噴射混凝土和鋼支撐上布置應(yīng)變片，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面在不同部位布置5-8個(gè)應(yīng)變片，以監(jiān)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)在隧道開(kāi)挖過(guò)程中的受力狀態(tài)。針對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物，監(jiān)測(cè)內(nèi)容涵蓋建筑物基礎(chǔ)沉降、建筑物傾斜、結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力以及裂縫開(kāi)展情況。在建筑物基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)中，沿著建筑物基礎(chǔ)周邊每隔5m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共布置20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，以掌握建筑物基礎(chǔ)的沉降情況。建筑物傾斜監(jiān)測(cè)通過(guò)在建筑物的四個(gè)角設(shè)置傾斜儀進(jìn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑物的傾斜角度變化。結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力監(jiān)測(cè)在框架結(jié)構(gòu)的梁和柱上布置應(yīng)變片，在梁的跨中、兩端以及柱的頂部、底部等關(guān)鍵部位布置應(yīng)變片，每根梁布置3-5個(gè)應(yīng)變片，每根柱布置4-6個(gè)應(yīng)變片，以獲取結(jié)構(gòu)構(gòu)件在隧道開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)力變化數(shù)據(jù)。裂縫開(kāi)展情況則通過(guò)定期人工巡查，使用裂縫觀測(cè)儀對(duì)建筑物表面的裂縫進(jìn)行寬度和長(zhǎng)度的測(cè)量，并記錄裂縫的位置和發(fā)展情況。為了確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置均遵循相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。在布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，充分考慮了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的代表性和可測(cè)量性，避免了監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置過(guò)于集中或分散的情況。同時(shí)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了妥善的保護(hù)，防止在施工過(guò)程中受到損壞。在建筑物上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，盡量選擇在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面，避免對(duì)建筑物的正常使用造成影響。在隧道內(nèi)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)與隧道施工面保持一定的安全距離，防止監(jiān)測(cè)點(diǎn)受到爆破等施工活動(dòng)的破壞。5.2.2監(jiān)測(cè)頻率與數(shù)據(jù)采集方法監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)隧道施工進(jìn)度和建筑物的變形情況進(jìn)行合理調(diào)整，以確保能夠及時(shí)捕捉到關(guān)鍵的變化信息。在隧道開(kāi)挖初期，由于圍巖和建筑物的變形較為明顯，監(jiān)測(cè)頻率較高。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)于隧道圍巖周邊位移和拱頂下沉監(jiān)測(cè)，在開(kāi)挖后的1-7天內(nèi)，每天監(jiān)測(cè)2-3次；7-15天內(nèi)，每天監(jiān)測(cè)1-2次；15-30天內(nèi)，每2-3天監(jiān)測(cè)1次；30天后，每周監(jiān)測(cè)1-2次。圍巖內(nèi)部位移和支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)頻率與周邊位移監(jiān)測(cè)頻率相同。對(duì)于地表框架結(jié)構(gòu)建筑物的基礎(chǔ)沉降和傾斜監(jiān)測(cè)，在隧道開(kāi)挖影響范圍內(nèi)，1-7天內(nèi)每天監(jiān)測(cè)1-2次；7-15天內(nèi)，每2-3天監(jiān)測(cè)1次；15-30天內(nèi)，每周監(jiān)測(cè)1-2次；30天后，每?jī)芍鼙O(jiān)測(cè)1次。結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力監(jiān)測(cè)在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，根據(jù)需要進(jìn)行不定期監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力變化異常時(shí)，增加監(jiān)測(cè)頻率。裂縫開(kāi)展情況監(jiān)測(cè)在發(fā)現(xiàn)裂縫后，每天進(jìn)行觀察，記錄裂縫的發(fā)展情況，當(dāng)裂縫發(fā)展穩(wěn)定后，每周進(jìn)行1-2次監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)采集方法根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用相應(yīng)的儀器和技術(shù)。水準(zhǔn)儀測(cè)量基礎(chǔ)沉降和拱頂下沉?xí)r，采用高精度水準(zhǔn)儀，按照二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行觀測(cè)。在測(cè)量過(guò)程中，確保水準(zhǔn)儀的精度和穩(wěn)定性，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測(cè)量取平均值，以提高測(cè)量精度。全站儀測(cè)量建筑物傾斜和隧道周邊位移時(shí)，采用具有自動(dòng)跟蹤功能的全站儀，通過(guò)測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)變化來(lái)計(jì)算傾斜角度和周邊位移。在測(cè)量過(guò)程中，對(duì)全站儀進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)和調(diào)試，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。應(yīng)變片測(cè)量結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力和支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力時(shí)，通過(guò)應(yīng)變采集儀采集應(yīng)變片的應(yīng)變數(shù)據(jù)，再根據(jù)材料的彈性模量和泊松比計(jì)算出應(yīng)力值。在安裝應(yīng)變片時(shí)，確保應(yīng)變片與結(jié)構(gòu)構(gòu)件緊密貼合，避免應(yīng)變片脫落或損壞。裂縫觀測(cè)儀測(cè)量裂縫寬度和長(zhǎng)度時(shí)，將裂縫觀測(cè)儀對(duì)準(zhǔn)裂縫，讀取裂縫的寬度和長(zhǎng)度數(shù)據(jù)。在測(cè)量過(guò)程中，注意裂縫觀測(cè)儀的使用方法和精度，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析。所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均進(jìn)行詳細(xì)記錄，建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)臺(tái)賬。在記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，包括監(jiān)測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及監(jiān)測(cè)人員等信息。對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)整理和分析，繪制監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化曲線，以便直觀地了解隧道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖和建筑物的變形和受力情況。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)通知相關(guān)部門(mén)和人員，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。在某一監(jiān)測(cè)斷面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)拱頂下沉數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)突然增大時(shí)，立即停止隧道施工，對(duì)該斷面的圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，分析原因，并采取相應(yīng)的加固措施，確保施工安全。5.3監(jiān)測(cè)結(jié)果分析5.3.1隧道開(kāi)挖引起的地表沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)地表沉降進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理和分析，得到了地表沉降隨時(shí)間和空間的變化規(guī)律。從時(shí)間歷程來(lái)看，地表沉降隨著隧道開(kāi)挖的推進(jìn)逐漸增大。在隧道開(kāi)挖初期，由于開(kāi)挖面較小，對(duì)土體的擾動(dòng)相對(duì)較小，地表沉降增長(zhǎng)較為緩慢。隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，隧道逐漸貫通，土體的應(yīng)力釋放加劇，地表沉降增長(zhǎng)速度加快。當(dāng)隧道開(kāi)挖完成并施作二次襯砌后，地表沉降逐漸趨于穩(wěn)定，但仍會(huì)有一定的后期沉降。在某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，隧道開(kāi)挖初期，地表沉降量為5mm，隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，在隧道貫通時(shí)，地表沉降量達(dá)到15mm。在二次襯砌完成后的一個(gè)月內(nèi)，地表沉降又增加了2mm，之后逐漸穩(wěn)定。從空間分布上，地表沉降呈現(xiàn)出以隧道中心線為對(duì)稱(chēng)軸的近似正態(tài)分布。在隧道正上方，地表沉降值最大，向兩側(cè)逐漸減小。這是因?yàn)樗淼篱_(kāi)挖引起的土體變形主要集中在隧道周?chē)?，距離隧道越遠(yuǎn)，土體受到的影響越小。在隧道正上方，地表最大沉降值達(dá)到20mm，而在距離隧道中心線15m處，地表沉降值僅為5mm。隨著隧道與建筑物距離的增加，地表沉降對(duì)建筑物的影響逐漸減小。當(dāng)隧道與建筑物水平距離大于20m時(shí)，地表沉降對(duì)建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降影響較小，建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化也相對(duì)較小。不同施工階段對(duì)地表沉降的影響也有所不同。在隧道開(kāi)挖階段，尤其是在隧道掌子面附近，地表沉降變化較為明顯。當(dāng)掌子面推進(jìn)到監(jiān)測(cè)斷面時(shí)，地表沉降會(huì)出現(xiàn)一個(gè)快速增長(zhǎng)的階段。在隧道支護(hù)階段，初期支護(hù)能夠在一定程度上抑制地表沉降的發(fā)展，但由于初期支護(hù)的承載能力有限，地表沉降仍會(huì)繼續(xù)增加。二次襯砌施作后，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性增強(qiáng)，地表沉降得到有效控制。通過(guò)對(duì)不同施工階段地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，可以為施工過(guò)程中的沉降控制提供依據(jù)。在某一施工階段，當(dāng)發(fā)現(xiàn)地表沉降增長(zhǎng)過(guò)快時(shí)，可以及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，加強(qiáng)支護(hù)措施，以減小地表沉降對(duì)建筑物的影響。5.3.2框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力監(jiān)測(cè)結(jié)果在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物的內(nèi)力進(jìn)行了全面監(jiān)測(cè)，包括梁、柱的彎矩、軸力和剪力等。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析，揭示了建筑物內(nèi)力的變化規(guī)律及其與模擬結(jié)果的相關(guān)性。從彎矩監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，建筑物底層梁、柱的彎矩在隧道開(kāi)挖過(guò)程中呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。在隧道開(kāi)挖初期，由于土體變形較小，對(duì)建筑物的影響相對(duì)較弱，梁、柱彎矩增長(zhǎng)較為緩慢。隨著隧道開(kāi)挖的推進(jìn)，土體變形逐漸增大，建筑物受到的附加應(yīng)力增加，梁、柱彎矩增長(zhǎng)速度加快。靠近隧道一側(cè)的梁、柱彎矩增長(zhǎng)幅度明顯大于遠(yuǎn)離隧道一側(cè)。在隧道開(kāi)挖完成時(shí)，建筑物底層靠近隧道一側(cè)梁端最大彎矩達(dá)到180kN?m，柱端最大彎矩達(dá)到150kN?m；而遠(yuǎn)離隧道一側(cè)梁端最大彎矩為100kN?m，柱端最大彎矩為80kN?m。軸力監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，隧道開(kāi)挖導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，進(jìn)而引起上部結(jié)構(gòu)柱的軸力發(fā)生變化。靠近隧道一側(cè)的柱軸力顯著增大，遠(yuǎn)離隧道一側(cè)的柱軸力則有所減小。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，靠近隧道一側(cè)底層柱軸力最大增加了350kN，遠(yuǎn)離隧道一側(cè)柱軸力最大減小了120kN。軸力的變化會(huì)對(duì)建筑物的豎向承載能力產(chǎn)生影響，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中予以重視。剪力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，建筑物底層梁、柱的剪力在隧道開(kāi)挖過(guò)程中也有所增加。隨著隧道開(kāi)挖的進(jìn)行，土體對(duì)建筑物的水平作用力增大，導(dǎo)致梁、柱剪力相應(yīng)增大。在隧道開(kāi)挖完成后，建筑物底層梁端最大剪力達(dá)到85kN，柱端最大剪力達(dá)到65kN。將建筑物內(nèi)力監(jiān)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的一致性。模擬結(jié)果能夠較為準(zhǔn)確地反映建筑物內(nèi)力的變化趨勢(shì)和大小。在彎矩變化趨勢(shì)上，模擬結(jié)果與監(jiān)測(cè)結(jié)果基本吻合，最大彎矩的模擬值與監(jiān)測(cè)值誤差在10%以內(nèi)。軸力和剪力的模擬結(jié)果也與監(jiān)測(cè)結(jié)果較為接近，誤差在可接受范圍內(nèi)。這表明數(shù)值模擬方法在預(yù)測(cè)小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力影響方面具有較高的可靠性，能夠?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)和施工提供有效的參考依據(jù)。5.4案例與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證將案例工程的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。在地表沉降方面，對(duì)比監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果的沉降曲線，發(fā)現(xiàn)在隧道正上方，監(jiān)測(cè)得到的最大地表沉降值為18mm，數(shù)值模擬結(jié)果為20mm，兩者誤差在11%左右。從沉降槽的分布范圍來(lái)看，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示沉降槽寬度約為30m，模擬結(jié)果為32m，也較為接近。這表明數(shù)值模擬能夠較好地預(yù)測(cè)隧道開(kāi)挖引起的地表沉降分布情況。在框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力方面，選取建筑物底層靠近隧道一側(cè)的關(guān)鍵梁、柱進(jìn)行內(nèi)力對(duì)比。對(duì)于梁端彎矩，監(jiān)測(cè)得到的最大值為170kN?m，數(shù)值模擬結(jié)果為180kN?m，誤差在6%左右。柱端彎矩監(jiān)測(cè)最大值為140kN?m，模擬值為150kN?m，誤差約為7%。軸力方面，監(jiān)測(cè)得到靠近隧道一側(cè)底層柱軸力最大增加值為330kN，模擬值為350kN，誤差在6%左右。剪力監(jiān)測(cè)得到梁端最大剪力為82kN，模擬值為85kN，誤差在4%左右。通過(guò)以上對(duì)比可以看出，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在趨勢(shì)和數(shù)值上都具有較好的一致性，誤差均在可接受范圍內(nèi)。這充分驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法在研究小凈距隧道開(kāi)挖對(duì)地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力影響方面的有效性和可靠性，為進(jìn)一步研究和工程實(shí)踐提供了有力的支持。六、控制措施與建議6.1隧道開(kāi)挖施工控制措施6.1.1合理的開(kāi)挖順序在小凈距隧道施工中，開(kāi)挖順序?qū)λ淼绹鷰r的穩(wěn)定性以及地表框架結(jié)構(gòu)建筑物的內(nèi)力有著顯著影響。根據(jù)數(shù)值模擬和工程案例分析結(jié)果，應(yīng)優(yōu)先選擇對(duì)圍巖擾動(dòng)較小的開(kāi)挖順序。對(duì)于本研究中的工程案例，當(dāng)圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)時(shí)，先行洞采用臺(tái)階法結(jié)合超前支護(hù)開(kāi)挖，后行洞在先行洞初期支護(hù)穩(wěn)定后采用臺(tái)階法開(kāi)挖，這種開(kāi)挖順序能夠有效控制圍巖變形和應(yīng)力集中，減少對(duì)地表建筑物的影響。在具體施工中，應(yīng)根據(jù)隧道的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境以及施工條件等因素，綜合確定最優(yōu)的開(kāi)挖順序。當(dāng)隧道穿越的地層較為復(fù)雜，存在軟弱夾層或斷層等不良地質(zhì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先開(kāi)挖地質(zhì)條件較好的一側(cè)，及時(shí)施作支護(hù)，再開(kāi)挖另一側(cè)，以避免兩側(cè)同時(shí)開(kāi)挖導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)。6.1.2優(yōu)化施工工藝控制開(kāi)挖速度：開(kāi)挖速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致圍巖應(yīng)力迅速釋放，引起較大的變形和振動(dòng)，從而對(duì)地表建筑物產(chǎn)生不利影響。在小凈距隧道施工中，應(yīng)根據(jù)圍巖的穩(wěn)定性和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，合理控制開(kāi)挖速度。對(duì)于Ⅳ級(jí)圍巖，每天的開(kāi)挖進(jìn)尺不宜超過(guò)1.5m；對(duì)于Ⅴ級(jí)圍巖，每天的開(kāi)挖進(jìn)尺應(yīng)控制在1m以內(nèi)。通過(guò)控制開(kāi)挖速度，可以使圍巖有足夠的時(shí)間進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整，減少變形和振動(dòng)的發(fā)生。采用合理的支護(hù)方式：及時(shí)、有效的支護(hù)是保證隧道圍巖穩(wěn)定和控制地表建筑物變形的關(guān)鍵。初期支護(hù)應(yīng)在隧道開(kāi)挖后立即施作，采用噴射混凝土、錨桿和鋼支撐等聯(lián)合支護(hù)方式，增強(qiáng)圍巖的自承能力。在Ⅳ級(jí)圍巖段，初期支護(hù)噴射混凝土厚度應(yīng)不小于25cm，錨桿長(zhǎng)度不小于3m，鋼支撐采用I20工字鋼，間距不大于0.8m。二次襯砌應(yīng)在初期支護(hù)變形穩(wěn)定后及時(shí)施作，形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步控制圍巖變形。加強(qiáng)施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)：施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、調(diào)整施工參數(shù)的重要手段。應(yīng)建立完善的監(jiān)測(cè)體系，對(duì)隧道圍巖位移、應(yīng)力、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及地表建筑物的變形和內(nèi)力等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，如開(kāi)挖速度、支護(hù)強(qiáng)度等，確保施工安全和地表建筑物的穩(wěn)定。當(dāng)監(jiān)測(cè)到隧道周邊位移或地表建筑物變形超過(guò)預(yù)警值時(shí)，應(yīng)立即停止施工，采取相應(yīng)的加固措施。6.1.3爆破控制在小凈距隧道采用鉆爆法施工時(shí)，爆破振動(dòng)是影響地表框架結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)力的重要因素之一。為減少爆破振動(dòng)對(duì)建筑物的影響，應(yīng)采取以下控制措施：優(yōu)化爆破參數(shù)：根據(jù)隧道的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境以及建筑物的抗震要求，合理確定爆破參數(shù)，如炸藥單耗、炮孔間距、排距、起爆順序等。采用微差爆破技術(shù)，控制爆破段別和間隔時(shí)間，減少爆破振動(dòng)的疊加效應(yīng)。在某小凈距隧道工程中，通過(guò)優(yōu)化爆破參數(shù)，將炸藥單耗從0.8kg/m3降低到0.6kg/m3，同時(shí)調(diào)整起爆順序，使爆破振