巖石隧道施工對其上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的多維度解析與應(yīng)對策略一、緒論1.1研究背景與意義隨著城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，城市交通需求也日益增長。為了緩解交通壓力，提高交通效率，巖石隧道作為一種重要的地下交通基礎(chǔ)設(shè)施，在城市建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛。在一些山地城市，如重慶、貴陽等，由于地形復(fù)雜，為了連接不同區(qū)域，需要修建大量的巖石隧道。然而，在巖石隧道施工過程中，不可避免地會對上覆建筑物的地基基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致地基基礎(chǔ)變形，進(jìn)而影響建筑物的安全和正常使用。在城市中心區(qū)域進(jìn)行巖石隧道施工時，周邊往往存在大量的既有建筑物，這些建筑物的地基基礎(chǔ)可能已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。而隧道施工過程中的開挖、爆破等作業(yè)，會改變地層的原始應(yīng)力狀態(tài)，引起地層位移和變形，從而導(dǎo)致上覆建筑物地基基礎(chǔ)的附加應(yīng)力增加，出現(xiàn)沉降、傾斜、裂縫等問題。如果這些問題得不到及時有效的解決，不僅會影響建筑物的結(jié)構(gòu)安全，還可能對居民的生命財產(chǎn)安全造成威脅。以某城市地鐵隧道施工為例，該隧道在穿越一片老舊居民區(qū)時，由于施工過程中對地層的擾動較大，導(dǎo)致多棟建筑物出現(xiàn)了不同程度的沉降和裂縫。其中，一棟四層居民樓的最大沉降量達(dá)到了50mm，墻體出現(xiàn)了多條裂縫，嚴(yán)重影響了居民的正常生活。經(jīng)調(diào)查分析，主要原因是隧道施工過程中，采用的爆破參數(shù)不合理，導(dǎo)致地層振動過大，從而引發(fā)了建筑物地基基礎(chǔ)的變形。再如，在某山區(qū)高速公路建設(shè)中，一條巖石隧道從一座村莊下方穿過。施工過程中，由于隧道埋深較淺，且未采取有效的支護(hù)措施，導(dǎo)致隧道上方的部分房屋地基出現(xiàn)了不均勻沉降，房屋墻體傾斜，部分房屋甚至出現(xiàn)了倒塌的危險。這些案例充分說明了巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響不容忽視。因此，研究巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過深入研究，可以揭示隧道施工過程中地層與建筑物地基基礎(chǔ)之間的相互作用機(jī)制，為隧道施工方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，從而有效減少隧道施工對建筑物的不利影響，保障建筑物的安全和正常使用。這不僅有助于提高城市建設(shè)的質(zhì)量和安全性，還能促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隧道施工對周邊環(huán)境的影響一直是土木工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者圍繞巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響開展了大量研究，在理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測等方面取得了一定成果。在理論分析方面，國外學(xué)者較早開展相關(guān)研究。1969年，Peck提出了基于地層損失法的隧道開挖引起地表沉降的經(jīng)驗(yàn)公式，該公式假定隧道開挖引起的地表沉降槽曲線為正態(tài)分布，通過地層損失率來計(jì)算地表沉降量，為后續(xù)研究奠定了重要基礎(chǔ)。隨后，很多學(xué)者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和拓展，如考慮不同地層條件、隧道埋深、施工方法等因素對地表沉降的影響。國內(nèi)學(xué)者也在理論研究方面取得了不少成果，例如，劉建航、侯學(xué)淵等學(xué)者在軟土隧道施工引起的地表沉降和建筑物變形研究方面做出了重要貢獻(xiàn)，他們通過理論推導(dǎo)和工程實(shí)踐，提出了適用于軟土地層的隧道施工對建筑物影響的分析方法和控制標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)值模擬方法在研究巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響中得到廣泛應(yīng)用。有限元法、有限差分法、邊界元法等數(shù)值方法被用于模擬隧道開挖過程中地層應(yīng)力場和位移場的變化，以及建筑物地基基礎(chǔ)的響應(yīng)。例如，使用ANSYS、FLAC3D等軟件，建立隧道-地層-建筑物相互作用的數(shù)值模型，分析不同施工參數(shù)（如開挖方式、支護(hù)時機(jī)、爆破參數(shù)等）和地質(zhì)條件（如巖石力學(xué)性質(zhì)、地層結(jié)構(gòu)等）對建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響規(guī)律。黃成林等人以十漫高速公路火車嶺隧道為工程背景，采用FLAC3D對全斷面開挖、分步開挖與預(yù)留核心土開挖三種開挖方法進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了不同開挖方法下隧道圍巖的位移和塑性分布等結(jié)果，分析了不同開挖方法對圍巖變形的影響。董燕等人結(jié)合重慶市同茂隧道工程實(shí)踐，采用有限元法分別對筏板基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、獨(dú)立樁基礎(chǔ)不同偏移距的6種工況進(jìn)行建模計(jì)算，分析不同基礎(chǔ)類型和不同偏移距下建筑物基礎(chǔ)位移和沉降差，總結(jié)其變化規(guī)律。現(xiàn)場監(jiān)測也是研究隧道施工對建筑物影響的重要手段。通過在施工現(xiàn)場布置監(jiān)測點(diǎn)，實(shí)時監(jiān)測隧道施工過程中建筑物地基基礎(chǔ)的沉降、傾斜、裂縫開展等變形情況，以及地層的位移、應(yīng)力變化等參數(shù)，為理論分析和數(shù)值模擬提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)，同時也能及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的安全隱患，指導(dǎo)施工方案的調(diào)整。在一些城市地鐵隧道施工項(xiàng)目中，對沿線建筑物進(jìn)行了嚴(yán)密的監(jiān)測，積累了大量的實(shí)測數(shù)據(jù)，為研究隧道施工對建筑物的影響提供了寶貴的工程案例。然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足之處。一方面，隧道施工過程中地層-建筑物相互作用的復(fù)雜性尚未得到充分揭示，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)條件和多種施工因素耦合作用下，理論模型和數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性還有待提高。不同地層條件下巖石的力學(xué)性質(zhì)差異較大，目前的研究在考慮巖石非線性、各向異性等特性方面還不夠完善，導(dǎo)致理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。另一方面，雖然現(xiàn)場監(jiān)測積累了大量數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性分析和規(guī)律性總結(jié)還不夠深入，監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論研究、數(shù)值模擬的結(jié)合不夠緊密，未能充分發(fā)揮監(jiān)測數(shù)據(jù)對工程實(shí)踐的指導(dǎo)作用。在制定隧道施工對建筑物影響的控制標(biāo)準(zhǔn)方面，目前還缺乏統(tǒng)一、科學(xué)的方法，現(xiàn)有的控制標(biāo)準(zhǔn)多基于經(jīng)驗(yàn)或借鑒其他工程，缺乏針對性和適應(yīng)性。未來的研究可以從以下幾個方面展開：深入研究復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工對建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響機(jī)制，建立更加完善的理論模型；加強(qiáng)數(shù)值模擬方法的研究，提高模擬的準(zhǔn)確性和可靠性，如考慮更多的影響因素，開發(fā)更符合實(shí)際情況的本構(gòu)模型；進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)測工作，完善監(jiān)測體系，深入分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的隧道施工對建筑物影響的評估和預(yù)測模型；結(jié)合工程實(shí)踐，制定科學(xué)合理、具有針對性的隧道施工對建筑物影響的控制標(biāo)準(zhǔn)和安全保護(hù)措施。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究旨在深入剖析巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響，具體研究內(nèi)容如下：隧道施工力學(xué)機(jī)制分析：詳細(xì)探究巖石隧道施工過程中的開挖、支護(hù)以及爆破等作業(yè)環(huán)節(jié)，分析這些環(huán)節(jié)對地層原始應(yīng)力狀態(tài)的改變方式，以及如何由此引發(fā)地層位移和變形，進(jìn)而建立起隧道施工與地層響應(yīng)之間的力學(xué)聯(lián)系，揭示隧道施工的力學(xué)本質(zhì)。例如，在隧道開挖過程中，通過力學(xué)原理分析掌子面的穩(wěn)定性，以及開挖引起的圍巖應(yīng)力重分布規(guī)律。地層-建筑物相互作用分析：研究地層變形傳遞到上覆建筑物地基基礎(chǔ)的過程和機(jī)制，分析不同基礎(chǔ)類型（如筏板基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等）在承受地層變形時的力學(xué)響應(yīng)特性，以及建筑物上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)之間的協(xié)同工作關(guān)系。以筏板基礎(chǔ)為例，分析其在隧道施工引起的地層不均勻沉降作用下，基礎(chǔ)各部位的受力情況和變形特征。影響因素分析：全面考慮隧道施工參數(shù)（如開挖方式、支護(hù)時機(jī)、爆破參數(shù)等）、地質(zhì)條件（如巖石力學(xué)性質(zhì)、地層結(jié)構(gòu)、地下水狀況等）以及建筑物自身特性（如基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)類型、荷載大小等）對建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響，通過定性和定量分析，明確各因素的影響程度和相互作用關(guān)系。例如，研究不同爆破參數(shù)（如炸藥單耗、起爆順序等）對地層振動和建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響規(guī)律。變形預(yù)測模型建立：基于理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立能夠準(zhǔn)確預(yù)測巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的模型。該模型應(yīng)綜合考慮各種影響因素，具備較高的預(yù)測精度和可靠性，為工程實(shí)踐提供有效的預(yù)測工具。例如，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，結(jié)合大量的工程數(shù)據(jù)，建立隧道施工引起建筑物地基基礎(chǔ)變形的預(yù)測模型。工程案例分析：選取實(shí)際的巖石隧道工程案例，對隧道施工過程中建筑物地基基礎(chǔ)的變形情況進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測和分析，驗(yàn)證理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，總結(jié)工程實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為類似工程提供參考和借鑒。以某具體巖石隧道工程為例，詳細(xì)介紹監(jiān)測方案、監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法以及根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取的工程措施?？刂拼胧┭芯浚焊鶕?jù)研究結(jié)果，提出針對性的控制措施和建議，包括優(yōu)化隧道施工方案、加強(qiáng)地層加固和建筑物保護(hù)措施等，以有效減小隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響，保障建筑物的安全和正常使用。例如，提出采用合理的開挖方法和支護(hù)方式，以及對建筑物地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理的具體措施。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本研究將綜合運(yùn)用以下多種研究方法：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)論文、研究報告、工程案例等，全面了解巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形影響的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，總結(jié)已有研究成果和存在的問題，為本研究提供理論基礎(chǔ)和研究思路。通過對大量文獻(xiàn)的梳理，分析不同學(xué)者在該領(lǐng)域的研究方法和主要觀點(diǎn)，明確研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。數(shù)值模擬法：采用有限元軟件（如ANSYS、FLAC3D等）建立隧道-地層-建筑物相互作用的數(shù)值模型，模擬隧道施工過程，分析不同工況下地層應(yīng)力場、位移場的變化以及建筑物地基基礎(chǔ)的變形情況。通過數(shù)值模擬，可以直觀地展示隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響過程，深入研究各影響因素的作用機(jī)制，為理論分析和工程實(shí)踐提供有力支持。在數(shù)值模擬過程中，合理選擇材料本構(gòu)模型和參數(shù)，確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。理論分析法：基于巖土力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等相關(guān)理論，建立隧道施工引起地層變形和建筑物地基基礎(chǔ)變形的理論分析模型，推導(dǎo)變形計(jì)算公式，從理論層面揭示隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響規(guī)律。例如，運(yùn)用彈性力學(xué)理論分析地層在隧道施工荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，為數(shù)值模擬和工程實(shí)踐提供理論依據(jù)?，F(xiàn)場監(jiān)測法：在實(shí)際巖石隧道工程項(xiàng)目中，選取具有代表性的監(jiān)測斷面，布置監(jiān)測點(diǎn)，對隧道施工過程中建筑物地基基礎(chǔ)的沉降、傾斜、裂縫開展等變形情況，以及地層的位移、應(yīng)力變化等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過現(xiàn)場監(jiān)測，獲取真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的問題，為工程施工提供指導(dǎo)。制定詳細(xì)的監(jiān)測方案，明確監(jiān)測項(xiàng)目、監(jiān)測頻率和監(jiān)測方法，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性。案例分析法：收集多個實(shí)際巖石隧道工程案例，對其施工過程、地質(zhì)條件、建筑物狀況以及地基基礎(chǔ)變形情況進(jìn)行詳細(xì)分析，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，為提出合理的控制措施和建議提供實(shí)踐依據(jù)。通過對不同案例的對比分析，深入研究隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形影響的普遍性和特殊性，為工程實(shí)踐提供更具針對性的參考。二、巖石隧道施工與上覆建筑物地基基礎(chǔ)的相互作用機(jī)制2.1巖石隧道施工的常見方法及特點(diǎn)巖石隧道施工方法眾多，不同的施工方法具有各自獨(dú)特的特點(diǎn)，對周圍巖體和土體的影響也各不相同。以下介紹幾種常見的巖石隧道施工方法及其特點(diǎn)：鉆爆法：鉆爆法是通過鉆孔、裝藥、爆破等工序，將巖石破碎并開挖出隧道的方法。該方法歷史悠久，應(yīng)用廣泛，具有施工靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠適用于各種復(fù)雜的地質(zhì)條件。在堅(jiān)硬巖石地層中，鉆爆法可以充分發(fā)揮其破巖能力，快速完成隧道開挖。然而，鉆爆法也存在一些明顯的缺點(diǎn)，其爆破過程會產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動和沖擊，對周圍巖體和土體造成較大的擾動，容易引發(fā)地層松動、坍塌等問題。爆破振動可能導(dǎo)致上覆建筑物地基基礎(chǔ)的附加應(yīng)力增加，從而引起地基基礎(chǔ)的變形，甚至可能使建筑物結(jié)構(gòu)受損。此外，鉆爆法施工過程中會產(chǎn)生大量的粉塵和有害氣體，對施工環(huán)境和人員健康造成不利影響。盾構(gòu)法：盾構(gòu)法是利用盾構(gòu)機(jī)在地下挖掘隧道的一種施工方法。盾構(gòu)機(jī)由刀盤、盾體、推進(jìn)系統(tǒng)、支護(hù)系統(tǒng)等部分組成，能夠在掘進(jìn)的同時進(jìn)行土體支護(hù)和襯砌安裝。盾構(gòu)法具有施工速度快、安全可靠、對周圍環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。在軟土地層或城市區(qū)域進(jìn)行隧道施工時，盾構(gòu)法可以有效減少對地面交通和建筑物的干擾。由于盾構(gòu)機(jī)的密封性能較好，能夠有效控制地層變形和地下水滲漏，從而減小對周圍土體和建筑物地基基礎(chǔ)的影響。但是，盾構(gòu)法也存在一些局限性，其設(shè)備成本高，施工前期準(zhǔn)備工作復(fù)雜，對隧道的直徑和曲線半徑有一定的限制。盾構(gòu)機(jī)的選型需要根據(jù)具體的地質(zhì)條件和工程要求進(jìn)行，若選型不當(dāng)，可能會影響施工效果和工程質(zhì)量。TBM法（全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)法）：TBM法與盾構(gòu)法類似，也是利用大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行隧道掘進(jìn)。TBM法適用于硬巖地層，具有施工效率高、成洞質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。TBM能夠連續(xù)作業(yè)，快速開挖隧道，且開挖出的隧道斷面規(guī)則，襯砌質(zhì)量高。由于TBM在施工過程中對巖體的擾動相對較小，能夠較好地保持圍巖的穩(wěn)定性，因此對上覆建筑物地基基礎(chǔ)的影響相對較小。然而，TBM法設(shè)備昂貴，對施工技術(shù)和管理要求較高，設(shè)備的運(yùn)輸、組裝和調(diào)試也較為復(fù)雜。在施工過程中，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，維修難度較大，可能會導(dǎo)致施工延誤。礦山法：礦山法是一種傳統(tǒng)的隧道施工方法，包括新奧法和傳統(tǒng)礦山法。新奧法強(qiáng)調(diào)充分利用圍巖的自承能力，通過及時支護(hù)和監(jiān)控量測來保證施工安全和隧道穩(wěn)定。該方法靈活性較高，可根據(jù)圍巖條件調(diào)整支護(hù)參數(shù)。在圍巖條件較好的情況下，新奧法可以采用較為簡單的支護(hù)形式，降低工程成本。但在圍巖較差時，需要加強(qiáng)支護(hù)，施工難度和風(fēng)險會相應(yīng)增加。傳統(tǒng)礦山法主要適用于地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水豐富的隧道施工，采用分部開挖、支撐和襯砌的方式進(jìn)行施工。礦山法施工過程中對周圍巖體的擾動較大，容易引起地層變形，對建筑物地基基礎(chǔ)的影響不容忽視。在采用礦山法施工時，需要嚴(yán)格控制施工順序和支護(hù)時機(jī)，以減小對周圍環(huán)境的影響。2.2上覆建筑物地基基礎(chǔ)類型及力學(xué)特性上覆建筑物的地基基礎(chǔ)類型多種多樣，不同類型的地基基礎(chǔ)具有各自獨(dú)特的力學(xué)特性，在抵抗隧道施工引起的變形時表現(xiàn)出不同的性能。常見的地基基礎(chǔ)類型包括筏板基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)等，以下將對這些基礎(chǔ)類型的力學(xué)特性及對變形的抵抗能力進(jìn)行詳細(xì)分析。2.2.1筏板基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)是一種將建筑物的荷載通過一塊連續(xù)的鋼筋混凝土板傳遞到地基上的基礎(chǔ)形式。它猶如一個巨大的托盤，將建筑物的重量均勻地分布在地基上，具有較強(qiáng)的整體性和穩(wěn)定性。筏板基礎(chǔ)的力學(xué)特性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：基底土反力分布：筏板基礎(chǔ)的剛度對基底土反力分布有著顯著影響。在剛度較大的筏板基礎(chǔ)下，基底土反力分布相對較為均勻；而剛度較小的筏板基礎(chǔ)，基底土反力可能會呈現(xiàn)出中間小、邊緣大的馬鞍形分布。在一些高層建筑的筏板基礎(chǔ)中，由于筏板的剛度較大，基底土反力在整個基礎(chǔ)底面上的分布較為均勻，能夠有效地將建筑物的荷載傳遞到地基中。而對于一些剛度較小的筏板基礎(chǔ)，在建筑物的荷載作用下，筏板邊緣的土反力可能會明顯大于中間部位，導(dǎo)致筏板邊緣的地基承受較大的壓力。地基土的彈性模量變化對土反力分布影響相對較小，但對筏板的相對彎曲及沉降影響較大。當(dāng)?shù)鼗恋膹椥阅Ａ枯^低時，筏板在建筑物荷載作用下容易產(chǎn)生較大的彎曲變形和沉降；反之，若地基土的彈性模量較高，筏板的變形和沉降則相對較小。變形特性：在隧道施工引起地層不均勻沉降時，筏板基礎(chǔ)能夠通過自身的變形來適應(yīng)這種變化。由于筏板基礎(chǔ)的整體性較好，其在承受不均勻沉降時，會產(chǎn)生一定的彎曲變形，使得基礎(chǔ)各部位的沉降趨于協(xié)調(diào)。當(dāng)隧道施工導(dǎo)致筏板基礎(chǔ)一側(cè)的地層沉降較大時，筏板會發(fā)生彎曲，將荷載向沉降較小的一側(cè)傳遞，從而減小基礎(chǔ)的不均勻沉降。然而，如果地層不均勻沉降過大，超過了筏板基礎(chǔ)的承受能力，筏板可能會出現(xiàn)裂縫，甚至導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)受損。2.2.2獨(dú)立基礎(chǔ)獨(dú)立基礎(chǔ)是為單個柱或墻提供支撐的基礎(chǔ)形式，通常呈方形、矩形或圓形。它直接將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地基上，每個基礎(chǔ)相互獨(dú)立工作。獨(dú)立基礎(chǔ)的力學(xué)特性如下：受力特點(diǎn)：獨(dú)立基礎(chǔ)主要承受上部結(jié)構(gòu)傳來的豎向荷載，通過基礎(chǔ)底面將荷載擴(kuò)散到地基中。在承受豎向荷載時，獨(dú)立基礎(chǔ)的基底壓力分布較為集中，主要集中在基礎(chǔ)底面的中心區(qū)域。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)的柱子傳來較大的豎向荷載時，獨(dú)立基礎(chǔ)底面中心處的壓力會明顯高于周邊區(qū)域。獨(dú)立基礎(chǔ)對水平荷載和彎矩的抵抗能力相對較弱。在隧道施工引起地層位移和變形時，如果產(chǎn)生較大的水平力或彎矩作用在獨(dú)立基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)可能會發(fā)生傾斜或轉(zhuǎn)動。變形特性：由于獨(dú)立基礎(chǔ)之間相互獨(dú)立，當(dāng)?shù)貙影l(fā)生不均勻沉降時，各個獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降量可能會存在較大差異。在隧道施工過程中，如果某一區(qū)域的地層沉降較大，而相鄰區(qū)域的地層沉降較小，位于這兩個區(qū)域的獨(dú)立基礎(chǔ)就會出現(xiàn)明顯的沉降差，導(dǎo)致建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，可能引發(fā)結(jié)構(gòu)開裂、傾斜等問題。獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降主要取決于基礎(chǔ)底面下地基土的壓縮性和上部荷載的大小。當(dāng)?shù)鼗恋膲嚎s性較高或上部荷載較大時，獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降量會相應(yīng)增大。2.2.3樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)是通過樁將建筑物的荷載傳遞到深部堅(jiān)實(shí)土層或巖層上的基礎(chǔ)形式。樁基礎(chǔ)由樁和承臺組成，樁身深入地基土中，承臺則將各個樁連接在一起，并將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給樁。樁基礎(chǔ)的力學(xué)特性具有以下特點(diǎn)：承載特性：樁基礎(chǔ)能夠?qū)⒔ㄖ锏暮奢d有效地傳遞到深層地基中，從而大大提高地基的承載能力。根據(jù)樁的承載機(jī)理，可分為端承樁和摩擦樁。端承樁主要依靠樁端的阻力來承受荷載，適用于樁端持力層為堅(jiān)硬巖石或密實(shí)土層的情況；摩擦樁則主要依靠樁身與周圍土體之間的摩擦力來承受荷載，適用于樁周土體具有一定摩擦力的地層。在一些高層建筑中，由于上部荷載較大，采用樁基礎(chǔ)可以將荷載傳遞到深層的堅(jiān)硬土層，確保建筑物的穩(wěn)定性。樁基礎(chǔ)對控制建筑物的沉降具有顯著優(yōu)勢。由于樁深入地基深部，能夠有效地減小建筑物的沉降量，特別是對于不均勻沉降的控制效果更為明顯。變形特性：在隧道施工過程中，樁基礎(chǔ)受到地層變形的影響相對較小。這是因?yàn)闃渡砼c周圍土體之間存在一定的摩擦力和粘結(jié)力，能夠在一定程度上抵抗地層的位移和變形。當(dāng)隧道施工引起地層產(chǎn)生水平位移時，樁身可以通過與土體之間的摩擦力和粘結(jié)力來約束地層的變形，從而減小對建筑物的影響。然而，如果隧道施工對地層的擾動過大，導(dǎo)致樁周土體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著變化，樁基礎(chǔ)的承載能力和變形特性也可能會受到影響。2.3相互作用機(jī)制理論分析巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響是一個復(fù)雜的力學(xué)過程，涉及到土體應(yīng)力重分布、土體流失等多種因素，這些因素相互作用，共同導(dǎo)致了地基基礎(chǔ)的變形。在隧道施工過程中，隧道的開挖打破了地層原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)。以鉆爆法施工為例，爆破產(chǎn)生的沖擊力和振動會使周圍巖體產(chǎn)生破裂和松動，從而改變巖體的力學(xué)性質(zhì)。原本處于平衡狀態(tài)的地層應(yīng)力會重新分布，在隧道周圍形成新的應(yīng)力場。根據(jù)彈性力學(xué)理論，在隧道開挖后，隧道周邊的巖體將承受更大的壓力，而遠(yuǎn)離隧道的巖體應(yīng)力則相對較小。這種應(yīng)力重分布會導(dǎo)致地層產(chǎn)生位移和變形，進(jìn)而傳遞到上覆建筑物的地基基礎(chǔ)上。土體應(yīng)力重分布是引起地基基礎(chǔ)變形的重要因素之一。當(dāng)隧道施工導(dǎo)致地層應(yīng)力發(fā)生變化時，地基土中的有效應(yīng)力也會相應(yīng)改變。在地基土中，有效應(yīng)力的變化會引起土體的壓縮或膨脹。如果隧道施工使得地基土中的有效應(yīng)力增加，土體就會發(fā)生壓縮變形，從而導(dǎo)致地基基礎(chǔ)沉降。反之，如果有效應(yīng)力減小，土體可能會發(fā)生膨脹，引起地基基礎(chǔ)的隆起。在軟土地層中，由于土體的壓縮性較高，隧道施工引起的應(yīng)力重分布更容易導(dǎo)致地基基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的沉降。土體流失也是導(dǎo)致地基基礎(chǔ)變形的關(guān)鍵因素。在隧道施工過程中，尤其是在采用盾構(gòu)法或礦山法施工時，可能會出現(xiàn)土體流失的情況。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，若密封性能不佳或出土量控制不當(dāng)，會導(dǎo)致周圍土體進(jìn)入隧道，從而造成土體損失。礦山法施工中的爆破和開挖作業(yè)也可能會破壞土體的結(jié)構(gòu)，使土體松動并流失。土體流失會導(dǎo)致地層空洞的形成，為了填補(bǔ)這些空洞，周圍土體將發(fā)生移動和變形，進(jìn)而影響上覆建筑物的地基基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)貙又谐霈F(xiàn)較大的空洞時，地基土可能會發(fā)生塌陷，導(dǎo)致建筑物地基基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致建筑物傾斜或倒塌。隧道施工引起的地層位移和變形會通過地基與建筑物基礎(chǔ)之間的接觸傳遞給建筑物。基礎(chǔ)類型的不同決定了其對地層變形的響應(yīng)方式和抵抗能力各異。對于筏板基礎(chǔ)，由于其整體性較好，能夠在一定程度上協(xié)調(diào)地基的不均勻沉降。當(dāng)?shù)貙影l(fā)生不均勻沉降時，筏板基礎(chǔ)會產(chǎn)生彎曲變形，通過自身的剛度將荷載重新分布，以減小不均勻沉降對建筑物的影響。但是，如果地層不均勻沉降過大，超過了筏板基礎(chǔ)的承受能力，筏板可能會出現(xiàn)裂縫，影響建筑物的結(jié)構(gòu)安全。獨(dú)立基礎(chǔ)由于各個基礎(chǔ)相互獨(dú)立，當(dāng)?shù)貙影l(fā)生不均勻沉降時，各個獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降量可能會存在較大差異，導(dǎo)致建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，容易引發(fā)結(jié)構(gòu)開裂、傾斜等問題。樁基礎(chǔ)通過樁將建筑物的荷載傳遞到深部堅(jiān)實(shí)土層或巖層上，對地層變形的抵抗能力相對較強(qiáng)。在隧道施工過程中，樁身與周圍土體之間的摩擦力和粘結(jié)力能夠在一定程度上約束地層的位移和變形，從而減小對建筑物的影響。然而，如果隧道施工對地層的擾動過大，導(dǎo)致樁周土體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著變化，樁基礎(chǔ)的承載能力和變形特性也可能會受到影響。三、影響上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的關(guān)鍵因素3.1隧道施工參數(shù)3.1.1開挖方式隧道施工的開挖方式多種多樣，不同的開挖方式對土體的擾動程度存在顯著差異，進(jìn)而對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形產(chǎn)生不同的影響。常見的開挖方式包括臺階法、CD法、CRD法等，下面將對這些開挖方式的特點(diǎn)及其對地基基礎(chǔ)變形的影響進(jìn)行詳細(xì)分析。臺階法是一種較為常用的隧道開挖方法，它將隧道斷面分成上下臺階進(jìn)行開挖。這種方法具有施工速度快、作業(yè)空間大等優(yōu)點(diǎn)。在臺階法施工中，上臺階的開挖會首先引起上覆土體的應(yīng)力重分布，導(dǎo)致土體產(chǎn)生一定的變形。由于上臺階開挖后，下臺階尚未及時開挖，上覆土體的變形可能會在一定程度上積累。當(dāng)上臺階開挖完成后進(jìn)行下臺階開挖時，又會再次引起土體應(yīng)力的調(diào)整和變形。如果隧道埋深較淺且上覆建筑物距離隧道較近，臺階法施工引起的土體變形可能會直接傳遞到建筑物地基基礎(chǔ)上，導(dǎo)致地基基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降、傾斜等變形。在某城市地鐵隧道施工中，采用臺階法進(jìn)行開挖，由于隧道上方有一棟老舊居民樓，施工過程中居民樓地基基礎(chǔ)出現(xiàn)了明顯的沉降，最大沉降量達(dá)到了30mm，經(jīng)分析主要是臺階法施工對土體的擾動引起的。CD法（中隔壁法）主要應(yīng)用于軟弱圍巖大跨度隧道。它先開挖隧道的一側(cè)，并施作中隔壁，然后再開挖另一側(cè)。CD法的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地控制隧道開挖過程中的圍巖變形，提高施工安全性。在CD法施工過程中，由于中隔壁的存在，將隧道分成了兩個相對獨(dú)立的空間，減小了單次開挖對土體的擾動范圍。先開挖一側(cè)的土體變形會受到中隔壁的約束，不會對另一側(cè)土體產(chǎn)生過大的影響。然而，CD法施工工序相對復(fù)雜，施工速度較慢。在拆除中隔壁時，可能會引起土體應(yīng)力的再次調(diào)整，導(dǎo)致一定的地基基礎(chǔ)變形。在某山區(qū)鐵路隧道施工中，采用CD法進(jìn)行開挖，施工過程中對周邊土體的擾動較小，但在拆除中隔壁后，上覆建筑物地基基礎(chǔ)出現(xiàn)了輕微的沉降，這是由于中隔壁拆除后土體應(yīng)力重新分布造成的。CRD法（交叉中隔壁法）是在CD法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它在軟弱圍巖大跨隧道中應(yīng)用較多。CRD法先開挖隧道一側(cè)的一或二部分，施作部分中隔壁和橫隔板，再開挖隧道另一側(cè)的一或二部分，完成橫隔板施工；然后再開挖最先施工一側(cè)的最后部分，并延長中隔壁，最后開挖剩余部分。CRD法的最大特點(diǎn)是在施工過程中每一步都要求用臨時仰拱封閉斷面，能夠更好地控制圍巖變形和地表沉降。在CRD法施工中，由于臨時仰拱的作用，能夠及時地將隧道周邊土體的變形約束在一定范圍內(nèi)，減小了對地基基礎(chǔ)的影響。與CD法相比，CRD法對土體的擾動更小，更有利于保護(hù)上覆建筑物地基基礎(chǔ)。在某城市過江隧道施工中，由于周邊建筑物密集，對變形控制要求較高，采用CRD法進(jìn)行開挖，施工過程中周邊建筑物地基基礎(chǔ)的變形得到了有效控制，建筑物未出現(xiàn)明顯的損壞現(xiàn)象。綜上所述，不同的開挖方式對土體擾動程度和對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響存在明顯差異。臺階法施工速度快，但對土體擾動較大；CD法能夠控制圍巖變形，但施工工序復(fù)雜；CRD法對土體擾動小，對變形控制效果好，但施工成本較高。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)隧道的地質(zhì)條件、周邊建筑物情況等因素，綜合考慮選擇合適的開挖方式，以減小隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響。3.1.2施工順序隧道施工順序的選擇對地基基礎(chǔ)變形有著重要影響，不同的施工順序會導(dǎo)致土體應(yīng)力分布和變形情況的不同。常見的施工順序包括先開挖一側(cè)、兩側(cè)同時開挖等，下面將分析這些施工順序?qū)Φ鼗A(chǔ)變形的影響規(guī)律。先開挖一側(cè)的施工順序是指在隧道施工中，先對隧道的一側(cè)進(jìn)行開挖，完成該側(cè)的支護(hù)等工作后，再開挖另一側(cè)。在這種施工順序下，先開挖一側(cè)會使該側(cè)的土體應(yīng)力首先發(fā)生改變。以某隧道工程為例，當(dāng)先開挖左側(cè)土體時，左側(cè)土體原有的應(yīng)力平衡被打破，應(yīng)力向周圍重新分布。由于土體的應(yīng)力調(diào)整，會導(dǎo)致左側(cè)土體產(chǎn)生位移和變形，這種變形會向上傳遞，對左側(cè)上方的建筑物地基基礎(chǔ)產(chǎn)生影響。如果建筑物基礎(chǔ)位于左側(cè)，可能會出現(xiàn)左側(cè)地基沉降大于右側(cè)的情況，導(dǎo)致建筑物發(fā)生傾斜。在開挖右側(cè)土體時，右側(cè)土體的應(yīng)力變化又會對右側(cè)上方的建筑物地基基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，進(jìn)一步改變建筑物地基基礎(chǔ)的應(yīng)力狀態(tài)和變形情況。先開挖一側(cè)的施工順序使得土體應(yīng)力調(diào)整和變形分階段進(jìn)行，可能會導(dǎo)致建筑物地基基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻的變形。兩側(cè)同時開挖的施工順序是指同時對隧道兩側(cè)的土體進(jìn)行開挖。這種施工順序的優(yōu)點(diǎn)是可以使隧道兩側(cè)的土體應(yīng)力同時發(fā)生改變，相對來說變形較為均勻。在某隧道工程中，當(dāng)兩側(cè)同時開挖時，兩側(cè)土體的應(yīng)力同時釋放并重新分布，由于兩側(cè)的施工過程基本一致，土體的變形也會較為對稱。對于位于隧道正上方的建筑物，兩側(cè)同時開挖可以在一定程度上減小建筑物地基基礎(chǔ)的不均勻沉降。然而，如果兩側(cè)的施工進(jìn)度不一致，或者兩側(cè)的地質(zhì)條件存在差異，兩側(cè)同時開挖也可能會導(dǎo)致建筑物地基基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻變形。當(dāng)一側(cè)的開挖速度較快，而另一側(cè)較慢時，先開挖一側(cè)的土體變形可能會先傳遞到建筑物地基基礎(chǔ)上，導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)一定的傾斜。兩側(cè)同時開挖時，施工過程中的相互干擾也需要注意，如爆破震動、出渣等作業(yè)可能會相互影響，進(jìn)而對地基基礎(chǔ)變形產(chǎn)生不利影響。除了上述兩種常見的施工順序，還有一些特殊的施工順序，如從中間向兩側(cè)開挖等。從中間向兩側(cè)開挖可以使隧道中間部分的土體應(yīng)力首先得到調(diào)整，然后逐漸向兩側(cè)傳遞。這種施工順序適用于一些特殊的地質(zhì)條件或工程要求。在某隧道工程中，由于隧道中間部分的土體較為軟弱，采用從中間向兩側(cè)開挖的順序，可以先對中間軟弱土體進(jìn)行加固處理，再逐步向兩側(cè)開挖，從而減小對地基基礎(chǔ)的影響。不同的施工順序各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際工程中，需要根據(jù)隧道的地質(zhì)條件、建筑物的位置和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素，合理選擇施工順序，以有效控制地基基礎(chǔ)變形。3.1.3支護(hù)措施隧道施工中的支護(hù)措施是控制地基基礎(chǔ)變形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，初期支護(hù)和二次襯砌等支護(hù)措施的及時性和有效性對地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。初期支護(hù)是在隧道開挖后立即進(jìn)行的支護(hù)措施，其目的是及時控制圍巖的變形，防止圍巖坍塌。初期支護(hù)主要包括噴射混凝土、錨桿、鋼拱架等。噴射混凝土能夠迅速封閉圍巖表面，防止圍巖風(fēng)化和水的侵蝕，同時提供一定的支撐力。在某隧道施工中，當(dāng)隧道開挖后，及時噴射混凝土可以有效地阻止圍巖的進(jìn)一步變形，減少土體的松動范圍，從而減小對地基基礎(chǔ)的影響。錨桿通過在圍巖中鉆孔并插入鋼筋或鋼纜，然后注入水泥漿，形成錨固力，增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力。錨桿可以將圍巖中的不穩(wěn)定巖體與穩(wěn)定巖體連接在一起，提高圍巖的整體性和穩(wěn)定性。在軟弱圍巖隧道施工中，錨桿的作用尤為重要，它可以有效地控制圍巖的變形，進(jìn)而減小對地基基礎(chǔ)的影響。鋼拱架在圍巖中架設(shè)鋼制拱形結(jié)構(gòu)，提供剛性支撐，適用于圍巖條件較差的地段。鋼拱架能夠承受較大的圍巖壓力，與噴射混凝土、錨桿等支護(hù)措施相結(jié)合，可以形成一個強(qiáng)有力的支護(hù)體系，有效地控制圍巖變形。在某隧道穿越斷層破碎帶時，采用鋼拱架結(jié)合噴射混凝土和錨桿的初期支護(hù)方式，成功地控制了圍巖的變形，保證了隧道施工的安全，同時也減小了對上方建筑物地基基礎(chǔ)的影響。二次襯砌是在初期支護(hù)的基礎(chǔ)上，對隧道進(jìn)行的永久性支護(hù)。二次襯砌通常采用模注混凝土，它能夠進(jìn)一步增強(qiáng)隧道的承載能力，保證隧道的長期穩(wěn)定性。二次襯砌的施工時機(jī)對地基基礎(chǔ)變形也有一定的影響。如果二次襯砌施工過早，初期支護(hù)尚未充分發(fā)揮作用，圍巖的變形還未穩(wěn)定，可能會導(dǎo)致二次襯砌承受過大的荷載，從而影響其支護(hù)效果。相反，如果二次襯砌施工過晚，圍巖的變形可能會過大，超出了初期支護(hù)的控制范圍，導(dǎo)致地基基礎(chǔ)變形加劇。在某隧道工程中，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)圍巖變形基本穩(wěn)定后，及時進(jìn)行二次襯砌施工，有效地控制了地基基礎(chǔ)的后期變形，保證了建筑物的安全。二次襯砌的施工質(zhì)量也至關(guān)重要，如混凝土的強(qiáng)度、厚度等指標(biāo)必須符合設(shè)計(jì)要求，否則會影響二次襯砌的支護(hù)效果，進(jìn)而影響地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。初期支護(hù)和二次襯砌等支護(hù)措施的及時性和有效性對控制地基基礎(chǔ)變形起著關(guān)鍵作用。在隧道施工過程中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件和施工情況，合理選擇支護(hù)方式和施工時機(jī)，確保支護(hù)措施能夠及時有效地發(fā)揮作用，從而減小隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響。3.2地質(zhì)條件3.2.1巖石性質(zhì)巖石的硬度、完整性以及節(jié)理裂隙發(fā)育程度等性質(zhì)對隧道施工和地基基礎(chǔ)變形有著至關(guān)重要的影響。巖石硬度是衡量巖石抵抗外力破壞能力的重要指標(biāo)，它對隧道施工難度和進(jìn)度有著直接影響。在硬度較高的巖石中進(jìn)行隧道施工，如花崗巖、石英巖等，由于其抗壓強(qiáng)度大，鉆爆法施工時鉆孔難度增加，爆破效果也可能受到影響，需要消耗更多的時間和資源。在某隧道穿越花崗巖地層時，鉆孔速度明顯減慢，爆破后巖石的破碎程度不均勻，導(dǎo)致施工進(jìn)度滯后。巖石硬度還會影響隧道開挖過程中對周圍巖體的擾動程度。硬度高的巖石在開挖后，其周邊巖體的穩(wěn)定性相對較好，但一旦發(fā)生破壞，產(chǎn)生的能量釋放也較大，可能對地基基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的沖擊。如果隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)的沖擊過大，可能導(dǎo)致地基基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫、沉降等變形。巖石完整性是指巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和均勻性。完整性好的巖石，其力學(xué)性能相對穩(wěn)定，能夠更好地承受隧道施工過程中的各種荷載。在完整性好的巖石中進(jìn)行隧道施工，圍巖的自穩(wěn)能力較強(qiáng)，有利于控制地層變形，從而減小對地基基礎(chǔ)的影響。相反，巖石完整性差，存在較多的軟弱夾層、破碎帶等，會降低巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在隧道施工過程中，這些薄弱部位容易發(fā)生坍塌、滑動等現(xiàn)象，導(dǎo)致地層變形加劇，進(jìn)而對地基基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響。在某隧道穿越破碎帶時，由于巖石完整性差，施工過程中出現(xiàn)了多次坍塌事故，使得上覆建筑物地基基礎(chǔ)出現(xiàn)了明顯的沉降和裂縫。節(jié)理裂隙發(fā)育程度也是影響隧道施工和地基基礎(chǔ)變形的重要因素。節(jié)理裂隙是巖石中的薄弱面，它們的存在會降低巖石的強(qiáng)度和整體性。節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石，在隧道施工過程中，更容易受到爆破振動、開挖卸荷等因素的影響，導(dǎo)致巖體破碎、松動。這些破碎、松動的巖體可能會向隧道內(nèi)坍塌，或者引起地層的不均勻變形，從而對地基基礎(chǔ)產(chǎn)生較大的影響。節(jié)理裂隙還可能成為地下水的通道，加劇地下水對巖體的侵蝕和軟化作用，進(jìn)一步降低巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在某隧道施工中，由于節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水大量涌入隧道，導(dǎo)致巖體軟化，周邊地層出現(xiàn)了較大的變形，上覆建筑物地基基礎(chǔ)也受到了嚴(yán)重影響。3.2.2土層特性上覆土層的厚度、土質(zhì)類型以及壓縮性等特性與地基基礎(chǔ)變形密切相關(guān)，這些特性的差異會導(dǎo)致地基基礎(chǔ)在隧道施工過程中呈現(xiàn)出不同的變形響應(yīng)。土層厚度對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形有著顯著影響。一般來說，土層越厚，隧道施工引起的地層變形向上傳遞時會受到一定的緩沖和衰減。較厚的土層能夠分散隧道施工產(chǎn)生的應(yīng)力，使得作用在地基基礎(chǔ)上的附加應(yīng)力相對較小，從而減小地基基礎(chǔ)的變形。在某隧道工程中，當(dāng)隧道上方的土層厚度達(dá)到10m時，建筑物地基基礎(chǔ)的沉降量明顯小于土層厚度為5m時的情況。然而，如果土層厚度過大，也可能會導(dǎo)致地基基礎(chǔ)的沉降量增加。這是因?yàn)楹裢翆拥淖灾剌^大，在隧道施工引起的地層變形作用下，更容易產(chǎn)生壓縮變形。當(dāng)土層厚度超過一定限度時，地基基礎(chǔ)的沉降可能會超出允許范圍，影響建筑物的安全。土質(zhì)類型不同，其力學(xué)性質(zhì)也存在較大差異，從而對地基基礎(chǔ)變形產(chǎn)生不同的影響。例如，砂土的顆粒較大，透水性強(qiáng)，壓縮性相對較低。在隧道施工過程中，砂土能夠較快地排水固結(jié)，對地基基礎(chǔ)的變形影響相對較小。然而，砂土的抗剪強(qiáng)度較低，在受到較大的外力作用時，容易發(fā)生液化現(xiàn)象。一旦砂土發(fā)生液化，地基基礎(chǔ)的承載能力會大幅降低，可能導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)嚴(yán)重的沉降和傾斜。粘性土的顆粒較小，透水性差，壓縮性較高。粘性土在隧道施工引起的附加應(yīng)力作用下，會發(fā)生緩慢的固結(jié)變形，導(dǎo)致地基基礎(chǔ)的沉降持續(xù)時間較長。粘性土的抗剪強(qiáng)度較高，在一定程度上能夠抵抗地基基礎(chǔ)的變形。但是，如果粘性土的含水量過高，其力學(xué)性質(zhì)會發(fā)生顯著變化，抗剪強(qiáng)度降低，壓縮性增大，對地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。土層的壓縮性是衡量土層在壓力作用下變形能力的重要指標(biāo)。壓縮性高的土層，在隧道施工引起的附加應(yīng)力作用下，容易發(fā)生較大的壓縮變形，從而導(dǎo)致地基基礎(chǔ)沉降。壓縮性高的土層在承受附加應(yīng)力時，其孔隙體積會減小，土體發(fā)生壓縮，進(jìn)而使地基基礎(chǔ)下沉。在某隧道工程中，當(dāng)隧道上方的土層為高壓縮性的軟粘土?xí)r，建筑物地基基礎(chǔ)的沉降量明顯大于土層為低壓縮性的粉質(zhì)粘土?xí)r的情況。相反，壓縮性低的土層，其變形相對較小，對地基基礎(chǔ)的影響也較小。但是，即使是壓縮性低的土層，在隧道施工的強(qiáng)烈擾動下，也可能會發(fā)生一定程度的變形，需要引起足夠的重視。3.2.3地下水狀況地下水水位變化、滲流等對土體強(qiáng)度和地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性有著重要影響，是巖石隧道施工中不可忽視的因素。地下水水位的變化會直接影響土體的有效應(yīng)力，進(jìn)而影響土體的強(qiáng)度和地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。當(dāng)隧道施工導(dǎo)致地下水水位下降時，土體中的有效應(yīng)力會增加。這是因?yàn)榈叵滤幌陆岛?，土體中的孔隙水壓力減小，而總應(yīng)力不變，根據(jù)有效應(yīng)力原理，有效應(yīng)力等于總應(yīng)力減去孔隙水壓力，所以有效應(yīng)力增大。有效應(yīng)力的增加會使土體發(fā)生壓縮變形，導(dǎo)致地基基礎(chǔ)沉降。在某隧道施工過程中，由于抽取地下水進(jìn)行降排水，導(dǎo)致隧道上方的地下水水位下降了3m，建筑物地基基礎(chǔ)出現(xiàn)了明顯的沉降，最大沉降量達(dá)到了20mm。相反，當(dāng)?shù)叵滤簧仙龝r，土體中的有效應(yīng)力會減小，土體可能會發(fā)生膨脹變形，對地基基礎(chǔ)產(chǎn)生向上的抬升力。如果抬升力過大，可能會導(dǎo)致建筑物地基基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫、傾斜等問題。在一些隧道穿越富水地層時，由于施工過程中地下水水位上升，建筑物地基基礎(chǔ)出現(xiàn)了不均勻的抬升，導(dǎo)致建筑物墻體出現(xiàn)裂縫。地下水滲流會對土體產(chǎn)生滲透力，改變土體的力學(xué)性質(zhì)，影響地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。在隧道施工過程中，地下水的滲流可能會導(dǎo)致土體中的細(xì)顆粒被帶走，使土體結(jié)構(gòu)變得松散，強(qiáng)度降低。這種現(xiàn)象被稱為管涌，它會削弱地基基礎(chǔ)的承載能力，增加地基基礎(chǔ)變形的風(fēng)險。在某隧道工程中，由于地下水滲流，隧道周邊土體發(fā)生管涌現(xiàn)象，導(dǎo)致地基基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，建筑物墻體出現(xiàn)傾斜。地下水滲流還可能會導(dǎo)致土體的應(yīng)力分布發(fā)生改變，使地基基礎(chǔ)受到不均勻的作用力。當(dāng)?shù)叵滤疂B流方向與地基基礎(chǔ)的受力方向不一致時，會產(chǎn)生附加的剪切力，可能引發(fā)地基基礎(chǔ)的滑動破壞。在一些隧道施工中，由于地下水滲流的影響，地基基礎(chǔ)出現(xiàn)了滑動跡象，嚴(yán)重威脅建筑物的安全。為了減小地下水對隧道施工和地基基礎(chǔ)的影響，通常需要采取相應(yīng)的工程措施。在隧道施工前，進(jìn)行詳細(xì)的水文地質(zhì)勘察，了解地下水的水位、水量、流向等情況，為制定合理的施工方案提供依據(jù)。在施工過程中，采用有效的降水措施，如井點(diǎn)降水、管井降水等，控制地下水水位，減小地下水對土體強(qiáng)度和地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響。還可以采用止水帷幕等措施，阻止地下水的滲流，保護(hù)地基基礎(chǔ)的安全。3.3建筑物特性3.3.1基礎(chǔ)類型建筑物的基礎(chǔ)類型是影響其在隧道施工過程中地基基礎(chǔ)變形的關(guān)鍵因素之一。不同的基礎(chǔ)類型，如筏板基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)等，在力學(xué)性能和抵抗變形能力方面存在顯著差異。筏板基礎(chǔ)由于其較大的底面積和良好的整體性，能夠?qū)⒔ㄖ锏暮奢d較為均勻地分布到地基上。在隧道施工引起地層不均勻沉降時，筏板基礎(chǔ)能夠通過自身的彎曲變形來協(xié)調(diào)各部位的沉降差異。當(dāng)隧道施工導(dǎo)致筏板基礎(chǔ)一側(cè)的地層沉降較大時，筏板會發(fā)生彎曲，將荷載向沉降較小的一側(cè)傳遞，從而減小基礎(chǔ)的不均勻沉降。然而，如果地層不均勻沉降過大，超過了筏板基礎(chǔ)的承載能力，筏板可能會出現(xiàn)裂縫，甚至導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)受損。獨(dú)立基礎(chǔ)通常為單個柱或墻提供支撐，每個基礎(chǔ)相互獨(dú)立。這種基礎(chǔ)類型對豎向荷載的承載能力較強(qiáng)，但對水平荷載和彎矩的抵抗能力相對較弱。在隧道施工過程中，當(dāng)?shù)貙影l(fā)生不均勻沉降時，各個獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降量可能會存在較大差異，導(dǎo)致建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，容易引發(fā)結(jié)構(gòu)開裂、傾斜等問題。在某隧道工程中，由于獨(dú)立基礎(chǔ)的建筑物受到隧道施工的影響，部分獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降差達(dá)到了10mm，導(dǎo)致建筑物墻體出現(xiàn)了明顯的裂縫。樁基礎(chǔ)通過樁將建筑物的荷載傳遞到深部堅(jiān)實(shí)土層或巖層上，能夠有效提高地基的承載能力和穩(wěn)定性。樁基礎(chǔ)對控制建筑物的沉降具有顯著優(yōu)勢，尤其是對于不均勻沉降的控制效果更為明顯。在隧道施工過程中，樁身與周圍土體之間的摩擦力和粘結(jié)力能夠在一定程度上約束地層的位移和變形，從而減小對建筑物的影響。然而，如果隧道施工對地層的擾動過大，導(dǎo)致樁周土體的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著變化，樁基礎(chǔ)的承載能力和變形特性也可能會受到影響。在某工程中，由于隧道施工爆破振動過大，導(dǎo)致樁周土體松動，樁基礎(chǔ)的承載能力下降，建筑物出現(xiàn)了一定程度的沉降。3.3.2上部結(jié)構(gòu)形式建筑物的上部結(jié)構(gòu)形式，如框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)等，對地基基礎(chǔ)變形的傳遞和放大作用也存在差異?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由梁、柱等構(gòu)件組成，具有較好的空間整體性和延性。在隧道施工引起地基基礎(chǔ)變形時，框架結(jié)構(gòu)能夠通過結(jié)構(gòu)的變形來分散和傳遞荷載，對地基基礎(chǔ)變形的適應(yīng)性相對較強(qiáng)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的梁、柱能夠承受一定的彎矩和剪力，在地基基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降時，結(jié)構(gòu)可以通過自身的變形來調(diào)整內(nèi)力分布，從而減小對建筑物的破壞。在某隧道工程中，框架結(jié)構(gòu)的建筑物在隧道施工過程中雖然出現(xiàn)了一定的地基基礎(chǔ)變形，但由于結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性較好，建筑物并未出現(xiàn)明顯的損壞。磚混結(jié)構(gòu)主要由磚砌體和鋼筋混凝土樓板組成，其整體性和延性相對較差。在隧道施工導(dǎo)致地基基礎(chǔ)變形時，磚混結(jié)構(gòu)對變形的傳遞較為直接，容易在墻體等部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致墻體開裂、倒塌等問題。磚混結(jié)構(gòu)的磚砌體抗壓強(qiáng)度較高，但抗拉、抗剪強(qiáng)度較低，在地基基礎(chǔ)不均勻沉降的作用下，墻體容易出現(xiàn)裂縫。在某隧道工程中，磚混結(jié)構(gòu)的建筑物在隧道施工過程中，墻體出現(xiàn)了多條裂縫，嚴(yán)重影響了建筑物的結(jié)構(gòu)安全。3.3.3建筑物與隧道的相對位置建筑物與隧道的相對位置，包括水平距離、垂直距離等，對地基基礎(chǔ)變形有著重要影響。水平距離是影響建筑物地基基礎(chǔ)變形的重要因素之一。一般來說，建筑物與隧道的水平距離越近，隧道施工對建筑物地基基礎(chǔ)的影響越大。當(dāng)建筑物與隧道的水平距離較小時，隧道施工引起的地層位移和變形更容易傳遞到建筑物地基基礎(chǔ)上，導(dǎo)致地基基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降、傾斜等問題。在某隧道工程中，當(dāng)建筑物與隧道的水平距離小于10m時，建筑物地基基礎(chǔ)的沉降量明顯大于水平距離大于20m時的情況。隨著水平距離的增加，隧道施工對建筑物地基基礎(chǔ)的影響逐漸減小。垂直距離也對建筑物地基基礎(chǔ)變形有著顯著影響。隧道埋深越大，施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)的影響相對越小。這是因?yàn)殡S著隧道埋深的增加，地層對隧道施工引起的變形具有一定的緩沖和衰減作用，使得傳遞到建筑物地基基礎(chǔ)上的變形相對較小。在某隧道工程中，當(dāng)隧道埋深為30m時，建筑物地基基礎(chǔ)的沉降量明顯小于隧道埋深為15m時的情況。然而，如果隧道埋深過淺，施工對建筑物地基基礎(chǔ)的影響會顯著增大，可能導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)嚴(yán)重的變形和損壞。四、巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形影響的案例分析4.1工程案例一：同茂隧道工程4.1.1工程概況同茂隧道位于重慶市，是同茂大道的重要組成部分，該隧道對于連接空港新城、江北機(jī)場和兩路城區(qū)起著關(guān)鍵作用。隧道左線隧洞長875m，右線隧洞長887m，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為城市主干道I級，雙向六車道。其施工規(guī)模較大，施工過程復(fù)雜，對周邊環(huán)境的影響備受關(guān)注。從地質(zhì)條件來看，同茂隧道穿越的地層主要為砂巖和泥巖互層。砂巖的抗壓強(qiáng)度較高，一般在30-50MPa之間，具有較好的承載能力；而泥巖的強(qiáng)度相對較低，抗壓強(qiáng)度約為10-20MPa，且遇水易軟化，穩(wěn)定性較差。這種軟硬相間的地層結(jié)構(gòu)，增加了隧道施工的難度和風(fēng)險。隧道沿線的節(jié)理裂隙較為發(fā)育，尤其是在泥巖地層中，節(jié)理裂隙的存在使得巖體的完整性受到破壞，容易引發(fā)巖體的坍塌和變形。地下水水位較高，主要賦存于砂巖的孔隙和節(jié)理裂隙中，對隧道施工和周邊土體的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。在隧道的上覆區(qū)域，分布著眾多建筑物。其中包括一些住宅小區(qū)，這些住宅小區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)類型多樣，有框架結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)類型也各不相同，部分建筑采用筏板基礎(chǔ)，部分采用獨(dú)立基礎(chǔ)。還有一些商業(yè)建筑，多為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型以樁基礎(chǔ)為主。這些建筑物與隧道的相對位置關(guān)系復(fù)雜，有的建筑物距離隧道較近，水平距離僅為5-10m，垂直距離也較淺，隧道埋深在10-15m之間；有的建筑物距離隧道相對較遠(yuǎn)，但仍可能受到隧道施工的影響。建筑物的分布情況和基礎(chǔ)類型等特性，使得隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。4.1.2施工過程及監(jiān)測方案同茂隧道施工過程中，充分考慮到周邊建筑物的安全，采用了機(jī)械鑿打的方式進(jìn)行作業(yè)，摒棄了爆破作業(yè)，以減少對周圍土體和建筑物的擾動。施工順序?yàn)橄冗M(jìn)行左線隧洞的開挖，待左線隧洞基本完工，進(jìn)行路面、巖壁清理以及機(jī)電安裝及裝飾等工作后，再開展右線隧洞的施工。在左線隧洞施工時，采用臺階法進(jìn)行開挖。首先開挖上臺階，及時施作初期支護(hù)，包括噴射混凝土、安裝錨桿和鋼拱架等，以控制圍巖的變形。待上臺階施工完成一定距離后，再開挖下臺階，同樣及時進(jìn)行初期支護(hù)。在右線隧洞施工時，也采用類似的施工方法和順序。為了實(shí)時掌握隧道施工過程中建筑物地基基礎(chǔ)的變形情況，制定了詳細(xì)的監(jiān)測方案。在建筑物地基基礎(chǔ)上布置了大量的監(jiān)測點(diǎn)，包括沉降監(jiān)測點(diǎn)和位移監(jiān)測點(diǎn)。沉降監(jiān)測點(diǎn)采用高精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，定期監(jiān)測地基基礎(chǔ)的沉降量。位移監(jiān)測點(diǎn)則使用全站儀進(jìn)行測量，監(jiān)測地基基礎(chǔ)在水平和垂直方向的位移。對于距離隧道較近、基礎(chǔ)類型較為復(fù)雜的建筑物，加密了監(jiān)測點(diǎn)的布置，以提高監(jiān)測的精度和可靠性。在隧道施工過程中，根據(jù)施工進(jìn)度和建筑物地基基礎(chǔ)的變形情況，合理調(diào)整監(jiān)測頻率。在隧道開挖初期，由于施工對土體的擾動較大，監(jiān)測頻率較高，每天進(jìn)行一次監(jiān)測。隨著施工的推進(jìn)，當(dāng)建筑物地基基礎(chǔ)的變形趨于穩(wěn)定時，適當(dāng)降低監(jiān)測頻率，每2-3天進(jìn)行一次監(jiān)測。在施工過程中，如果發(fā)現(xiàn)建筑物地基基礎(chǔ)的變形出現(xiàn)異常，立即增加監(jiān)測頻率，密切關(guān)注變形的發(fā)展趨勢。4.1.3變形監(jiān)測結(jié)果分析通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)同茂隧道施工過程中，不同基礎(chǔ)類型建筑物地基基礎(chǔ)呈現(xiàn)出不同的位移、沉降等變形特征及變化規(guī)律。對于采用筏板基礎(chǔ)的建筑物，在隧道施工初期，隨著隧道開挖的進(jìn)行，筏板基礎(chǔ)開始出現(xiàn)沉降。由于筏板基礎(chǔ)的整體性較好，沉降相對較為均勻。在左線隧洞開挖階段，靠近左線隧道一側(cè)的筏板基礎(chǔ)沉降量略大于另一側(cè)，但差異并不顯著。隨著右線隧洞的開挖，筏板基礎(chǔ)的沉降量進(jìn)一步增加，但整體上仍保持相對均勻的沉降狀態(tài)。在整個施工過程中，筏板基礎(chǔ)的最大沉降量達(dá)到了15mm，未超過允許的沉降范圍。筏板基礎(chǔ)在水平方向的位移較小，最大水平位移僅為3mm，這表明筏板基礎(chǔ)能夠較好地抵抗水平方向的變形。獨(dú)立基礎(chǔ)的建筑物在隧道施工過程中，各獨(dú)立基礎(chǔ)的沉降差異較為明顯。在左線隧洞開挖時，靠近左線隧道的獨(dú)立基礎(chǔ)沉降量較大，而遠(yuǎn)離左線隧道的獨(dú)立基礎(chǔ)沉降量相對較小。在右線隧洞開挖后，這種沉降差異進(jìn)一步增大。部分獨(dú)立基礎(chǔ)之間的沉降差達(dá)到了8mm，這可能會導(dǎo)致建筑物上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，從而引發(fā)結(jié)構(gòu)開裂等問題。獨(dú)立基礎(chǔ)在水平方向的位移也相對較大，部分獨(dú)立基礎(chǔ)的水平位移達(dá)到了5mm，這說明獨(dú)立基礎(chǔ)對水平方向的變形抵抗能力較弱。采用樁基礎(chǔ)的建筑物，由于樁基礎(chǔ)能夠?qū)⒔ㄖ锏暮奢d有效地傳遞到深部堅(jiān)實(shí)土層，其沉降量相對較小。在整個隧道施工過程中，樁基礎(chǔ)的最大沉降量僅為8mm。樁基礎(chǔ)在水平方向的位移也較小，最大水平位移為2mm。這表明樁基礎(chǔ)對控制建筑物的沉降和抵抗水平方向的變形具有顯著優(yōu)勢。樁基礎(chǔ)的變形主要集中在樁頂部位，隨著深度的增加，樁身的變形逐漸減小。這是因?yàn)闃渡砼c周圍土體之間的摩擦力和粘結(jié)力能夠有效地約束樁身的變形。4.2工程案例二：南寧地鐵1號線某區(qū)間盾構(gòu)工程4.2.1工程背景南寧地鐵1號線某區(qū)間沿民族大道布設(shè)，民族大道道路紅線寬60-76m。該區(qū)間地形以邕江寬廣河谷為中心的盆地形態(tài)，地貌屬于剝蝕丘陵地貌壟狀高丘亞區(qū)，場地內(nèi)地勢西低東高。區(qū)間主要穿越地層復(fù)雜多樣，包括素填土層、粘土層、泥巖層、粉砂巖層，隧道底部局部穿越素填土層、泥巖層、粉砂巖層。其中，素填土層結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)性質(zhì)較差；粘土層具有一定的粘性和可塑性，但強(qiáng)度相對較低；泥巖層遇水易軟化，穩(wěn)定性欠佳；粉砂巖層透水性較強(qiáng)。在該區(qū)間周邊，建筑物和構(gòu)筑物分布較為密集。道路兩側(cè)建筑物較多，雖多數(shù)距離隧道較遠(yuǎn)，但道路中間有一處立交，區(qū)間近距離從橋樁側(cè)方穿過，最近水平距離僅4.67m。該立交橋?yàn)槌鞘薪煌ǖ闹匾獦屑~，其穩(wěn)定性對于保障交通流暢至關(guān)重要。橋樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁長和樁徑根據(jù)具體的地質(zhì)條件和承載要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。周邊還分布著各類管線，如雨水管、污水管、給水管等，這些管線的材質(zhì)、管徑和埋深各不相同，它們與隧道的相對位置關(guān)系復(fù)雜，盾構(gòu)施工過程中稍有不慎就可能導(dǎo)致管線破裂、變形等問題，影響城市的正常運(yùn)行。4.2.2盾構(gòu)施工對建筑物和構(gòu)筑物變形的影響在盾構(gòu)施工過程中，該區(qū)間的盾構(gòu)施工對臨近立交樁基及周圍管線沉降變化產(chǎn)生了顯著影響。對于立交樁基，由于先施工左側(cè)隧道，因此立交橋左側(cè)樁基變化比右側(cè)明顯。隧道穿過立交橋過程中，隧道斷面內(nèi)徑2.7m，外徑3.0m，距離樁體最近處為4.7m，樁體主要變形與隧道盾構(gòu)施工有關(guān)。從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，樁基整體變形表現(xiàn)為隆起。在5月監(jiān)測時，左線隧道正在掘進(jìn)，右線隧道還未施工，此時左線隧道引起的樁基變形整體大于右側(cè)。這是因?yàn)槎軜?gòu)掘進(jìn)過程中，會對周圍土體產(chǎn)生擾動，導(dǎo)致土體應(yīng)力重分布，從而使樁基受到向上的作用力。隨著右線隧道的掘進(jìn)，右線隧道掘進(jìn)時對左線樁基產(chǎn)生二次擾動，進(jìn)一步加劇了樁基的變形。但總體而言，樁基的變形量仍在允許范圍內(nèi)，未對立交橋的正常使用和結(jié)構(gòu)安全造成嚴(yán)重影響。周圍管線的沉降變化也較為明顯。管線位移隆起值最大為0mm，沉降量最大達(dá)到8mm。在7月份，管線變形趨于穩(wěn)定，但10月份管線變形出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。分析其原因，主要是盾構(gòu)掘進(jìn)速率不當(dāng)以及右線隧道掘進(jìn)對土體的二次擾動。7月以后右側(cè)隧道開始掘進(jìn)，使得土體再次沉降，導(dǎo)致10月整體管線位移大于7月。在10月份右線隧道掘進(jìn)時，雨水管沉降量再次增加，最大沉降量達(dá)到17mm。而且管線各點(diǎn)沉降量不均勻，這表明盾構(gòu)掘進(jìn)速率的控制對于防止地層不均勻沉降導(dǎo)致管線變形嚴(yán)重至關(guān)重要。如果盾構(gòu)掘進(jìn)速率過快或不均勻，會使土體產(chǎn)生較大的變形和應(yīng)力變化，從而對管線造成不利影響。4.2.3應(yīng)對措施及效果評估針對盾構(gòu)施工對建筑物和構(gòu)筑物變形影響，采取了一系列有效的應(yīng)對措施。在施工前，對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了精心選型和改造?？紤]到南寧市圓礫富水層地質(zhì)，選用的盾構(gòu)機(jī)刀具采用耐磨刀盤，刀盤整體開口率為40％，以適應(yīng)復(fù)雜地層的掘進(jìn)需求；螺旋輸送機(jī)葉片采用高錳塊耐磨材料設(shè)計(jì)，提高了出土效率和設(shè)備的耐久性；設(shè)置盾殼外膨潤土注入系統(tǒng)，能夠有效改善盾構(gòu)機(jī)與周圍土體的摩擦力，減小對土體的擾動。在施工過程中，嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。根據(jù)地層條件和監(jiān)測數(shù)據(jù)，合理調(diào)整盾構(gòu)的推進(jìn)速度、土倉壓力、注漿量等參數(shù)。當(dāng)盾構(gòu)靠近立交樁基和管線時，適當(dāng)降低推進(jìn)速度，保持土倉壓力穩(wěn)定，確保土體的穩(wěn)定性。同時，增加注漿量，及時填充盾構(gòu)掘進(jìn)后形成的空隙，減小地層沉降。在盾構(gòu)穿越立交樁基時，將推進(jìn)速度控制在每分鐘2-3cm，土倉壓力保持在0.15-0.18MPa，注漿量根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，確保注漿飽滿。加強(qiáng)對建筑物和構(gòu)筑物的監(jiān)測。在立交樁基和周圍管線上布置了大量的監(jiān)測點(diǎn)，采用高精度的監(jiān)測儀器，如水準(zhǔn)儀、全站儀等，實(shí)時監(jiān)測其變形情況。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整施工參數(shù)，確保變形在允許范圍內(nèi)。當(dāng)監(jiān)測到樁基或管線的變形接近預(yù)警值時，立即停止施工，分析原因并采取相應(yīng)的加固措施。通過采取這些應(yīng)對措施，取得了良好的效果。立交樁基的變形得到了有效控制，雖然在施工過程中出現(xiàn)了一定程度的隆起和變形，但最終的變形量均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，保證了立交橋的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。周圍管線的沉降也得到了較好的控制，雖然在施工過程中出現(xiàn)了一些波動，但通過調(diào)整施工參數(shù)和加強(qiáng)監(jiān)測，未發(fā)生管線破裂、變形等嚴(yán)重事故，保障了城市管線的正常運(yùn)行。這些應(yīng)對措施為類似工程的盾構(gòu)施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和參考。4.3案例對比與總結(jié)對比同茂隧道工程和南寧地鐵1號線某區(qū)間盾構(gòu)工程這兩個案例，巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響存在諸多差異。在施工方法上，同茂隧道采用機(jī)械鑿打的非爆破方式，而南寧地鐵區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。不同的施工方法導(dǎo)致對土體的擾動方式和程度不同，進(jìn)而影響建筑物地基基礎(chǔ)變形。同茂隧道的機(jī)械鑿打方式對土體的擾動相對較為局部，且由于未采用爆破，避免了爆破振動對建筑物的沖擊。而盾構(gòu)法施工雖然相對較為連續(xù)和穩(wěn)定，但在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，會對周圍土體產(chǎn)生擠壓、剪切等作用，導(dǎo)致土體應(yīng)力重分布，從而引起建筑物地基基礎(chǔ)的變形。在南寧地鐵區(qū)間盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度、土倉壓力等參數(shù)的變化，都會對土體的變形產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到臨近立交樁基和管線的沉降。從地質(zhì)條件來看，同茂隧道穿越砂巖和泥巖互層，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水水位較高；南寧地鐵區(qū)間穿越素填土層、粘土層、泥巖層、粉砂巖層等復(fù)雜地層。不同的地質(zhì)條件使得土體的力學(xué)性質(zhì)和變形特性各異，對建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響也不同。同茂隧道的砂巖和泥巖互層結(jié)構(gòu)，由于砂巖和泥巖的強(qiáng)度差異較大，在隧道施工過程中，容易在兩種巖層的交界處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致地層變形加劇，進(jìn)而影響建筑物地基基礎(chǔ)。而南寧地鐵區(qū)間的素填土層結(jié)構(gòu)松散，在盾構(gòu)施工過程中容易發(fā)生坍塌和變形，對臨近建筑物和構(gòu)筑物的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。建筑物特性方面，同茂隧道上覆建筑物包括框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型有筏板基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)；南寧地鐵區(qū)間臨近立交采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。不同的基礎(chǔ)類型和上部結(jié)構(gòu)形式對地基基礎(chǔ)變形的響應(yīng)和抵抗能力不同。同茂隧道的筏板基礎(chǔ)整體性好，能較好地協(xié)調(diào)不均勻沉降，但當(dāng)?shù)貙幼冃芜^大時，筏板也可能出現(xiàn)裂縫；獨(dú)立基礎(chǔ)對不均勻沉降的抵抗能力較弱，容易導(dǎo)致建筑物上部結(jié)構(gòu)開裂；樁基礎(chǔ)能將荷載傳遞到深部土層，對控制沉降效果較好。而南寧地鐵區(qū)間的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，在盾構(gòu)施工過程中，主要受到土體的水平擠壓力和豎向摩擦力的作用，其變形主要表現(xiàn)為水平位移和樁身彎矩的變化。盡管存在這些差異，也能總結(jié)出一些普遍規(guī)律。隧道施工過程中，地層的應(yīng)力重分布和土體變形是導(dǎo)致建筑物地基基礎(chǔ)變形的根本原因。無論采用何種施工方法和地質(zhì)條件如何，隧道開挖都會打破地層原有的應(yīng)力平衡，引起土體的位移和變形，進(jìn)而傳遞到建筑物地基基礎(chǔ)上。建筑物與隧道的相對位置關(guān)系對地基基礎(chǔ)變形有著重要影響，距離隧道越近，變形影響越大。在同茂隧道工程和南寧地鐵區(qū)間盾構(gòu)工程中，都可以觀察到靠近隧道的建筑物地基基礎(chǔ)變形更為明顯。也存在一些特殊情況。在南寧地鐵區(qū)間盾構(gòu)工程中，盾構(gòu)掘進(jìn)速率的不當(dāng)控制會導(dǎo)致地層不均勻沉降，進(jìn)而使管線變形加劇。這種由于施工參數(shù)控制不當(dāng)引起的特殊變形情況，需要在工程實(shí)踐中特別注意。同茂隧道施工中，由于未采用爆破，避免了爆破振動對建筑物的影響，這與其他采用鉆爆法施工的隧道工程有所不同。在一些采用鉆爆法施工的隧道工程中，爆破振動可能會導(dǎo)致建筑物地基基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫、松動等問題。通過對這兩個案例的對比分析，我們可以更深入地了解巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響，為類似工程的設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測提供有益的參考。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)具體的工程條件，綜合考慮各種因素，采取合理的施工方法和防護(hù)措施，以減小隧道施工對建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響。五、變形預(yù)測與控制措施5.1變形預(yù)測方法5.1.1數(shù)值模擬方法數(shù)值模擬方法在預(yù)測巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形中具有重要作用，其中有限元軟件如ANSYS、MIDASGTS等被廣泛應(yīng)用。以ANSYS軟件為例，利用其建立模型預(yù)測變形的原理是基于有限元理論，將連續(xù)的求解域離散為有限個單元的組合體，通過對每個單元的力學(xué)分析，求解整個系統(tǒng)的力學(xué)響應(yīng)。在ANSYS中，采用合適的單元類型來模擬地層和建筑物結(jié)構(gòu)，如采用實(shí)體單元模擬土體和巖石，梁單元模擬建筑物的梁和柱等。選擇恰當(dāng)?shù)牟牧媳緲?gòu)模型是模擬準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，常用的本構(gòu)模型包括彈性模型、彈塑性模型等，需根據(jù)地層和建筑物材料的實(shí)際力學(xué)特性進(jìn)行選擇。利用ANSYS建立模型預(yù)測巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形主要有以下步驟：首先進(jìn)行模型的前處理，根據(jù)實(shí)際工程的幾何尺寸，在ANSYS中創(chuàng)建隧道、地層和建筑物的三維幾何模型，確保模型的幾何形狀和尺寸與實(shí)際情況相符。合理劃分網(wǎng)格是提高計(jì)算精度和效率的重要環(huán)節(jié)，對于隧道周圍和建筑物地基基礎(chǔ)等重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，采用較細(xì)密的網(wǎng)格劃分，而對遠(yuǎn)離隧道和建筑物的區(qū)域，可適當(dāng)采用較粗的網(wǎng)格。在劃分網(wǎng)格時，要注意單元的形狀和質(zhì)量，避免出現(xiàn)畸形單元，以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。然后，定義材料參數(shù)，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告和建筑物設(shè)計(jì)資料，輸入地層和建筑物材料的彈性模量、泊松比、密度、強(qiáng)度等參數(shù)，確保材料參數(shù)的準(zhǔn)確性。設(shè)置邊界條件也是必不可少的步驟，根據(jù)實(shí)際情況，在模型的邊界上施加位移約束或荷載約束，如在模型底部施加固定約束，限制其在各個方向的位移；在模型側(cè)面施加水平位移約束，模擬實(shí)際的邊界條件。完成前處理后，進(jìn)行求解計(jì)算，設(shè)置求解控制參數(shù)，如求解器類型、迭代次數(shù)、收斂準(zhǔn)則等，然后啟動求解器，計(jì)算隧道施工過程中地層和建筑物的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等響應(yīng)。在求解過程中，要密切關(guān)注計(jì)算的收斂情況，如果計(jì)算不收斂，需要檢查模型的設(shè)置和參數(shù)，調(diào)整后重新計(jì)算。求解完成后，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，通過ANSYS的后處理功能，查看地層和建筑物的變形云圖、應(yīng)力云圖等，提取關(guān)鍵部位的位移、應(yīng)力等數(shù)據(jù)，分析隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形的影響規(guī)律?？梢蕴崛〗ㄖ锏鼗A(chǔ)的沉降量、傾斜度等數(shù)據(jù)，繪制變形隨時間或施工進(jìn)度的變化曲線，直觀地展示變形的發(fā)展過程。5.1.2經(jīng)驗(yàn)公式法經(jīng)驗(yàn)公式法是基于大量工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出的變形預(yù)測方法，它在一定程度上能夠快速預(yù)測巖石隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)的變形。以Peck公式為例，該公式假定隧道開挖引起的地表沉降槽曲線為正態(tài)分布，通過地層損失率來計(jì)算地表沉降量。其表達(dá)式為：S(x)=\frac{V_{L}}{\sqrt{2\pi}i}e^{-\frac{x^{2}}{2i^{2}}}，其中S(x)為距離隧道中心線x處的地表沉降量，V_{L}為地層損失體積，i為沉降槽寬度系數(shù)。地層損失率是指隧道開挖過程中由于土體的擾動、流失等原因?qū)е碌牡貙芋w積損失與隧道理論開挖體積的比值。沉降槽寬度系數(shù)i與隧道埋深、地層性質(zhì)等因素有關(guān)，一般通過經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)確定。Peck公式適用于淺埋隧道施工引起的地表沉降預(yù)測，在一定的地質(zhì)條件和施工條件下，能夠較好地反映隧道施工對地表沉降的影響。當(dāng)隧道埋深較淺，地層條件較為均勻，且施工過程中對土體的擾動相對較小時，Peck公式的預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況較為接近。然而，Peck公式也存在一定的局限性，它主要適用于均質(zhì)土體，對于復(fù)雜地質(zhì)條件下的地層變形預(yù)測精度較低。在實(shí)際工程中，地層往往是由多種不同性質(zhì)的土層組成，且存在節(jié)理裂隙、斷層等地質(zhì)構(gòu)造，Peck公式無法準(zhǔn)確考慮這些因素對地層變形的影響。Peck公式?jīng)]有考慮隧道施工過程中的時間效應(yīng)，對于一些需要考慮土體流變特性的工程，如軟土地層中的隧道施工，Peck公式的預(yù)測結(jié)果可能與實(shí)際情況存在較大偏差。Peck公式在隧道施工引起的建筑物地基基礎(chǔ)變形預(yù)測中，只能提供地表沉降的大致情況，對于建筑物基礎(chǔ)內(nèi)部的應(yīng)力和變形分布等信息無法準(zhǔn)確給出。在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合其他方法，如數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)測等，對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修正。五、變形預(yù)測與控制措施5.2控制措施5.2.1優(yōu)化施工方案合理選擇施工方法是減小隧道施工對上覆建筑物地基基礎(chǔ)變形影響的關(guān)鍵。不同的施工方法對土體的擾動程度和對建筑物的影響差異較大。在軟土地層或?qū)ψ冃慰刂埔筝^高的區(qū)域，應(yīng)優(yōu)先選擇盾構(gòu)法或TBM法等對周圍土體擾動較小的施工方法。盾構(gòu)法通過盾構(gòu)機(jī)的旋轉(zhuǎn)刀盤切削土體，并在掘進(jìn)過程中同步進(jìn)行襯砌，能夠有效減少土體的流失和地層的變形。TBM法適用于硬巖地層，其連續(xù)掘進(jìn)的方式可以減少爆破等施工對土體的沖擊。而在一些地質(zhì)條件較為復(fù)雜，如存在斷層、破碎帶等的區(qū)域，可采用礦山法，并結(jié)合合理的支護(hù)措施，確保施工安全和控制地基基礎(chǔ)變形。在采用礦山法時，應(yīng)根據(jù)圍巖的穩(wěn)定性選擇合適的分部開挖方法，如CD法、CRD法等，以減小單次開挖對土體的擾動?？刂剖┕みM(jìn)度對減小地基基礎(chǔ)變形也至關(guān)重要。過快的施工進(jìn)度可能導(dǎo)致土體應(yīng)力來不及調(diào)整，從而引起較大的變形。應(yīng)根據(jù)地層條件、建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和允許變形范圍，合理確定施工進(jìn)度。在隧道施工過程中，可通過監(jiān)測建筑物地基基礎(chǔ)的變形情況，實(shí)時調(diào)整施工進(jìn)度。當(dāng)監(jiān)測到地基基礎(chǔ)變形速率超過預(yù)警值時，應(yīng)適當(dāng)減緩施工進(jìn)度，待變形穩(wěn)定后再繼續(xù)施工。在某隧道施工中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)建筑物地基基礎(chǔ)沉降速率過快時，施工方立即暫停施工，對施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并加強(qiáng)了支護(hù)措施，待地基基礎(chǔ)變形穩(wěn)定后再恢復(fù)施工，有效地控制了地基基礎(chǔ)的變形。優(yōu)化施工順序也是減小隧道施工對建筑物影響的重要措施。合理的施工順序可以使土體應(yīng)力逐漸調(diào)整，減小對地基基礎(chǔ)的沖擊。對于雙線隧道，可采用先施工一側(cè)，待該側(cè)隧道支護(hù)穩(wěn)定后再施工另一側(cè)的順序。這樣可以避免兩側(cè)隧道同時施工時，土體應(yīng)力集中導(dǎo)致的地基基礎(chǔ)變形過大。在施工過程中，還應(yīng)注意各施工工序之間的銜接，確保施工的連續(xù)性和穩(wěn)定性。在進(jìn)行初期支護(hù)和二次襯砌施工時，應(yīng)合理安排施工時間，避免因施工延誤導(dǎo)致土體變形過大。5.2.2地層加固處理注漿加固是一種常用的地層加固方法，它通過向地層中注入漿液，填充土體孔隙，提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。注漿材料的選擇應(yīng)根據(jù)地層條件和工程要求確定，常見的注漿材料有水泥漿、水泥砂漿、化學(xué)漿液等。在砂土地層中，可采用水泥漿或水泥砂漿進(jìn)行注漿，以填充砂土孔隙，提高砂土的密實(shí)度和承載能力。在粘性土地層中，化學(xué)漿液如聚氨酯、環(huán)氧樹脂等可能更適合，因?yàn)樗鼈兡軌蚋玫貪B透到粘性土的孔隙中，與土體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)土體的強(qiáng)度。注漿工藝包括靜壓注漿、高壓噴射注漿等。靜壓注漿是通過壓力將漿液緩慢注入地層，適用于對土體擾動要求較小的區(qū)域。高壓噴射注漿則是利用高壓射流將土體切割、攪拌，并與漿液混合，形成強(qiáng)度較高的固結(jié)體，適用于加固效果要求較高的區(qū)域。在某隧道工程中，對隧道上方的地層采用高壓噴射注漿進(jìn)行加固，有效地提高了土體的強(qiáng)度，減小了隧道施工對建筑物地基基礎(chǔ)的影響。旋噴樁加固是利用鉆機(jī)將帶有特殊噴嘴的噴射管插入地層，通過高壓噴射水泥漿等材料，與土體混合攪拌，形成圓柱狀的固結(jié)體，即旋噴樁。旋噴樁可以提高土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減小地基基礎(chǔ)的變形。旋噴樁的布置方式和間距應(yīng)根據(jù)地層條件和建筑物的荷載要求確定。對于荷載較大的建筑物地基基礎(chǔ)，可采用密排的旋噴樁布置方式，以提供足夠的承載能力。旋噴樁的直徑和長度也應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般來說，直徑較大、長度較長的旋噴樁能夠提供更大的承載能力和更好的加固效果。在某工程中，通過在建筑物地基基礎(chǔ)周圍布置旋噴樁，有效地提高了地基的穩(wěn)定性，減小了隧道施工引起的地基基礎(chǔ)沉降。5.2.3建筑物加固與保護(hù)對建筑物采取基礎(chǔ)加固措施可以增強(qiáng)其抵抗變形的能力。對于筏板基礎(chǔ)，當(dāng)隧道施工導(dǎo)致筏板基礎(chǔ)出現(xiàn)裂縫或變形過大時，可采用粘貼碳纖維布或鋼板的方法進(jìn)行加固。碳纖維布具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地提高筏板基礎(chǔ)的承載能力和抗裂性能。鋼板加固則可以增加筏板基礎(chǔ)的剛度，減小變形。在某工程中，對因隧道施工出現(xiàn)裂縫的筏板基礎(chǔ)采用粘貼碳纖維布的方法進(jìn)行加固，