西安地铁二号线建设对钟楼古建筑影响.pdf

书书书收稿日期２０１３  ０２  ２０基金项目国家自然科学基金资助项目（１１００２１０８，５１１７９１５３）。作者简介张承客，男，博士生，研究方向为地下工程及岩体动力学。Ｅ  ｍａｉｌｚｃｋ９２７＠１２６．ｃｏｍ。李宁，男，教授，博导，研究方向为地下洞室、边坡稳定性分析及冻土力学。Ｅ  ｍａｉｌｎｉｎｇｌｉ＠ｘａｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。文章编号１００６  ４７１０（２０１３）０３  ０２６６  ０７西安地铁二号线建设对钟楼古建筑影响张承客１，李宁１，２（１．西安理工大学岩土工程研究所，陕西西安７１００４８；２．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州７３００００）摘要地铁盾构施工对土层的扰动将导致周围地表及地面古建筑的不均匀沉降，建立其控制标准是国内隧道工程遇到的研究课题之一。针对西安地铁二号线绕穿西安钟楼古建筑问题，建立能够反映钟楼台基青砖及砖土之间接缝和上部木结构的有限元数值模型，采用输入位移边界荷载方法来模拟盾构施工对钟楼古建筑的影响，同时分析了有无隔离排桩下钟楼关键部位沉降量、沉降差、局部倾斜、应力大小及上部木结构构件的内力，并依此确定地层沉降控制标准，为地下开挖经过钟楼等含有木质结构古建筑的相似工程提供参考。关键词西安地铁；钟楼古建筑；沉降控制；数值分析中图分类号Ｕ２３１．３文献标志码ＡＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＸｉ ’ ａｎＳｕｂｗａｙＬｉｎｅＮｏ．２ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎＢｅｌｌＴｏｗｅｒＡｎｃｉｅｎｔＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅＺＨＡＮＧＣｈｅｎｇｋｅ１，ＬＩＮｉｎｇ１，２（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ ’ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００４８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｒｏｚｅｎＳｏｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｏｌｄａｎｄＡｒｉｄＲｅｇｉｏｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＤｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｆｓｏｉｌｌａｙｅｒｃａｕｓｅｄｂｙｓｕｂｗａｙｓｈｉｅｌｄ  ｄｒｉｖｅｎｔｕｎｎｅｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍａｙｌｅａｄｔｏｔｈｅｕｎｅｖｅｎｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｌａｎｄｓｕｒｆａｃｅａｎｄｔｈｅａｎｃｉｅｎｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｓｔａｎｄａｒｄｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｊｅｃｔｓｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｂｙｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃｔｕｎｎｅｌｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ＷｉｔｈａｎａｉｍａｔｔｈｅａｎｃｉｅｎｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆＸｉ ’ ａｎｓｕｂｗａｙＮｏ．２ｌｉｎｅｐａｓｓｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈａｒｏｕｎｄＸｉ ’ ａｎＢｅｌｌＴｏｗｅｒ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａＦＥＭｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｗｈｉｃｈｉｓａｂｌｅｔｏｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｊｏｉｎｔｓａｍｏｎｇｔｈｅｐｌａｔｅｆｏｒｍｂｌｕｅｂｒｉｃｋｓａｎｄｂｒｉｃｋ  ｓｏｉｌａｎｄｔｈｅｕｐｐｅｒｗｏｏｄｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＢｅｌｌＴｏｗｅｒ．Ｔｈｅｉｎｐｕｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｂｏｕｎｄａｒｙｌｏａｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｈｉｅｌｄ  ｄｒｉｖｅｎｔｕｎｎｅ  ｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｕｐｏｎｔｈｅａｎｃｉｅｎｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＢｅｌｌＴｏｗｅｒ，ａｎｄａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｌｏｃａｌｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｈｅｉｎｎｅｒｆｏｒｃｅｏｆｍｅｍｂｅｒｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｗｏｏｄｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＢｅｌｌＴｏｗｅｒｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｈａｖｉｎｇｏｒｎｏｎ  ｈａｖｉｎｇｉｓｏｌａｔｉｏｎｒｏｗｐｉｌｅｓ，ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｗｈｉｃｈ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｎｏｒｍｆｏｒｓｔｒａｔｕｍｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｉｓｄｅｃｉｄｅｄ，ｗｈｅｒｅｂｙｐｒｏｖｉｄｉｎｇｔｈｅｖａｌｕａｂｌｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎｐａｓｓｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＢｅｌｌＴｏｗｅｒａｎｄｔｈｅａｎｃｉｅｎｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｗｉｔｈｗｏｏｄｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＸｉ ’ ａｎｓｕｂｗａｙ；ＢｅｌｌＴｏｗｅｒＡｎｃｉｅｎｔＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ西安地铁二号线南北向穿越西安市的主城区，不可避免地穿越国家级文物保护建筑西安明城墙及钟楼。在钟楼处采取左、右线分开绕行以隧道方式通过，左、右线距钟楼台基１５～１７ｍ，隧道轨顶埋深约１７ｍ，隧道顶面埋深约１２．８ｍ。盾构施工会导致地面沉降和地层移动，对钟楼的影响主要表现在对券形门洞附近部位、临地铁一侧台基外侧青砖以及上部木结构的影响。青砖间（其接缝材料采用６６２西安理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ ’ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２０１３）Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．３白灰）以及砖土之间，其粘结性相对较差，台基产生不均匀沉降时，易从这些薄弱部位产生裂缝，从而导致青砖发生错动；上部木结构变形若产生不协调，则可能发生结构失稳。故研究西安地铁的盾构施工及运行对钟楼古建筑物的影响显得非常有必要，同时对如何更佳保护钟楼也可提供一些参考意见。对地铁建设对钟楼影响的研究主要有地铁绕穿钟楼时采用的施工方法及加固保护措施［１  ４］，王文斌等［５］就隧道盾构施工对钟楼的影响进行了数值模拟预测，王鑫［６］考虑了地铁单洞和双洞开挖下对钟楼影响的有限元分析。但以上的研究均没有考虑钟楼台基的青砖之间及砖土之间接缝，也未对上部台基和上部木结构进行分析。本文建立了综合考虑隧道和钟楼地基、台基、上部木结构的有限元数值模型，运用奥地利数值仿真分析系统ＦＩＮＡＬ［７］，研究钟楼在地铁盾构施工时地表发生不同量值的地面沉降下其内部关键部位应力和沉降及结构安全性态，为地铁施工引起的地面沉降的控制建立标准。１工程地质条件及土层岩性西安钟楼所处地貌部位属于盆地内冲积平原与黄土台塬之间的过渡地带，称为“ 黄土梁洼” 。地铁绕穿钟楼区段内主要影响的地层是第四系人工筑填土、风积黄土、残积古土壤及冲积粉质粘土、粉土、砂土等。钟楼台基结构为砖表土芯，中间为以黄土为主的素填土分层夯筑而成，外包砖砌体为青砖砌筑而成。地基土层上部为第四系全新统人工填土，中部为中上更新统风积黄土及残积古土壤，下部为中更新统冲积粉质粘土、粉土、砂土，具体参见图１的台基及地基土层剖面图。２数值分析模型及试验条件钟楼始建于明洪武十七年（１３８４年），距今已有近６３０年的历史，是一座重檐三滴水四角攒尖木结构的建筑，台基为方形，边长３５．５ｍ，高８．６ｍ，用青砖白灰砌筑而成，四面正中有高、宽各６ｍ的券洞以连通四街。基座之上为木质结构的整体，楼身主体高２７．４ｍ，楼为二层木结构，平面方形，面阔、进深各二间，周回廊，拈尖顶构架采用抹角梁和井口枋，彻上明造。钟楼属于国家级的重要保护文物，年代久远，抗变形能力较差，无论是由于施工时造成的影响还是后期运营过程中的影响都将是不可忽视的。图１钟楼台基及地基土层剖面图Ｆｉｇ．１ＴｈｅｓｅｃｔｉｏｎｐｌａｎｅｏｆＢｅｌｌＴｏｗｅｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ２．１分析剖面选取本文以地铁绕穿钟楼为研究对象，所分析的剖面位置及地铁与钟楼的平面布置如图２所示，隔离排桩布置位置及范围见图２中所标示的围绕钟楼带状部位。图２地铁绕钟楼布置及分析断面位置图Ｆｉｇ．２ＴｈｅｐｌａｎｏｆｓｕｂｗａｙａｒｏｕｎｄＢｅｌｌＴｏｗｅｒａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｓｅｃｔｉｏｎｐｏｓｉｔｉｏｎ２．２地层及钟楼台基、木结构物理力学参数钟楼台基（包括正中券洞外包）为４５ｃｍ２２ｃｍ１０ｃｍ的青砖构成外墙，室内试验得到青砖抗拉强度０．４～０．８ＭＰａ，抗压强度１０～１８ＭＰａ。钟楼青砖参数按照Ⅳ ～ Ⅴ类围岩的经验值取值。具体参数见表１。２．３钟楼台基砌体及上部木结构分析模型钟楼台基中青砖采用三角形六节点（ＬＳＴ）等参实体单元模拟，考虑Ｍｏｈｒ  Ｃｏｕｌｏｍｂ屈服准则判断砖砌体的塑性屈服状态。隧道衬砌管片采用二维曲梁７６２张承客，等西安地铁二号线建设对钟楼古建筑影响单元（ＢＥＡＭ６）模拟，考虑弹性本构模型。钟楼台基青砖之间（其接缝材料采用白灰）、砖土之间接触面的模拟和反映，采用ＦＩＮＡＬ有限元分析程序独有的ＣＯＪＯ单元，单元的模型如图３所示，单元参数分别为灰缝和砖土界面的ｃ、 φ值，具体取值见表１。这种单元考虑接触面的固定、滑动、张开三种接触条件，收敛迅速，能很好模拟具有初始裂缝和无初始裂缝两物体间的摩擦滑动、张开和闭合［８  １０］。表１钟楼地层、材料及界面物理力学参数表Ｔａｂ．１Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｏｉｌａｎｄｂｒｉｃｋ层名（号）力学参数弹性模量Ｅ０／ＭＰａ泊松比 μ 天然容重 γ ／（ｋＮ／ｍ３）抗剪强度ｃ／ｋＰａ φ ／（）平均厚度／ｍ城砖１１０００．００．２０１９．０１５００．０２７．００．３芯墙土３（加权平均）７．００．２７１９．３１８．０１２．０８素填土４４．５０．２８１８．２１６．０８．０８黄土５５．００．３０１９．０１７．０１０．０４古土壤６７．００．２９１９．８２２．０８．０２黄土７８．００．２７２０．０２８．０１２．０５粉质粘土８１０．００．２７２０．３２２．０１２．０４粉质粘土９１１．００．２８２０．０２４．０１０．０１７钟楼上部木材１５５００－２０．０－－－灰缝－－－８００．０２０．０－砖土界面－－－０～１２１０．０－图３青砖、砖土之间接触单元Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｅｌｅｍｅｎｔｏｆｂｒｉｃｋ  ｂｒｉｃｋａｎｄｂｒｉｃｋ  ｓｏｉｌ钟楼主体属穿斗式木结构，主要由中心４根、周围１２根圆柱承重，柱下端通过柱脚石搁在砖土基础上，上端则分别延伸到各自对应的屋顶处。圆柱之间由具有较大高跨比的梁连接，梁与柱榫头结合。本文对上部木结构建模时简化成框架结构［１１］，简图见图４。主要考虑中心４根内金柱、周围１２根外金柱及连接彼此的较大高跨比的连接构件梁，梁与柱榫头结合，其它一些辅助构件在模型中未予考虑。模型中取一柱列，忽略次要构件的影响。取木材为松木，木材的材料参数见表１。分析中将顶部屋面、重檐荷载等等效成节点力附加于各立柱顶端，而忽略其相应于质量影响小得多的刚度效应。图４钟楼上部木结构计算简图Ｆｉｇ．４ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆＢｅｌｌＴｏｗｅｒｗｏｏｄｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ２．４钟楼分析剖面有限元模型本文研究选取穿过钟楼内、外金柱沿着东西方向的典型分析剖面，因分析剖面对称性的特点，在模型建立过程中仅考虑右线地铁盾构施工对钟楼古建筑物的影响。模型的边界尺寸上部取至钟楼顶部，考虑到地铁隧道的尺寸效应，左边界取５倍洞径，右边界取至距钟楼台基３倍洞径，下边界取为盾构隧道３倍洞径，模型简图如图５所示。图５分析剖面模型简图Ｆｉｇ．５ＴｈｅｐｌａｎｏｆａｎａｌｙｓｉｓｓｅｃｔｉｏｎＦＥＭｍｏｄｅｌ２．５盾构施工对地层及钟楼影响模拟本文考虑到具体地铁盾构施工过程模拟的复杂性，对钟楼古建筑物基础采用施加位移边界荷载的办法来模拟盾构施工引起的不同量值地面沉降对钟８６２西安理工大学学报（２０１３）第２９卷第３期楼古建筑物的影响［１２］。实际地铁工程中，人们一般是利用Ｐｅｃｋ曲线来预测天然地表沉降［１３］，本文假定钟楼基础在盾构施工作用下地面沉降也符合Ｐｅｃｋ曲线形态，地面沉降曲线表示为ｓｘ＝ｓｍａｘｅｘｐ（－ｘ２２ｉ２）（１）式中，ｓ为地面任一点的沉降值；ｓｍａｘ为地面沉降的最大值，位于沉降曲线的对称中心上（对应于隧道轴线位置）；ｘ为从沉降曲线中心到所计算点的距离；ｉ为从沉降曲线对称中心到沉降曲线拐点的距离。本文针对地铁盾构施工引起的不同地面沉降值及其范围，将地面沉降槽深度为５、１０、１５、１７、２０、２５、３０、３５、４０ｍｍ时分别进行模拟分析（其中１７ｍｍ为根据试验段得到的地铁盾构施工引起的地表沉降量）。根据公式（１）计算沉降曲线，并根据沉降曲线施加位移边界荷载，研究钟楼地基隔离前后（隔离方式在盾构隧道和钟楼基础之间设置隔离排桩，桩间距１．３ｍ）在不同的地基沉降值下各关键部位的沉降量、沉降差、局部倾斜及拉应力，分析钟楼古建筑的稳定和安全情况。根据国家文物局和文物保护司的要求，盾构通过后钟楼台基最大沉降控制值不大于５ｍｍ，钟楼倾斜控制不大于０．５ ‰。３地铁施工对钟楼影响分析３．１不考虑钟楼地基加固３．１．１钟楼台基沉降分析图６标示出钟楼台基和上部木结构的关键部位。在地铁隧道中心上方不同最大沉降值下，钟楼台基各关键部位的沉降值见表２，其中最大沉降值为１７ｍｍ时的地面沉降槽矢量图见图７。图６钟楼关键部位示意图Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｐｌａｎｏｆｂｅｌｌｔｏｗｅｒｋｅｙｓｅｃｔｉｏｎ从图７可以看出，地面最大沉降量发生在隧洞轴线正上方，沉降槽的右侧反弯点距离隧道轴线约为１３．０ｍ，该点相对于隧道轴线部位的局部倾斜随着沉降量的增大而有一定幅度的增大。地面最大沉降量为１７．０ｍｍ时，在右侧反弯点处地基（ＯＡ段）局部倾斜为０．８ ‰。当地表最大沉降达到２５ｍｍ时，右侧反弯点局部倾斜为１．２ ‰，钟楼倾斜为０．２ ‰，钟楼台基最大沉降值为５．６８ｍｍ，超过５ｍｍ。表２不同沉降槽深度下钟楼台基关键部位沉降值Ｔａｂ．２ＢｅｌｌＴｏｗｅｒｋｅｙｐｏｉｎｔｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｘｉｍｕｍｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ关键点不同沉降量（ｍｍ）下沉降值／ｍｍ－５－１０－１５－１７－２０－２５－３０－３５－４０Ａ－１．１４－２．２８－３．４１－４．１０－４．５５－５．６８－６．８１－７．９５－９．０８Ｂ－０．２５－０．４９－０．７４－０．８７－０．９８－１．２３－１．４７－１．７２－１．９６Ｃ－０．１１－０．２１－０．３１－０．３７－０．４２－０．５２－０．６３－０．７３－０．８４Ｄ０．２２０．４４０．６６０．７９０．８９１．１１１．３２１．５５１．７６Ｅ－０．５３－１．０６－１．５９－１．８８－２．１２－２．６５－３．１７－３．７０－４．２２Ｆ－０．３３－０．６７－１．００－１．１８－１．３３－１．６６－１．９９－２．３２－２．６５Ｇ－０．１１－０．２３－０．３４－０．４０－０．４５－０．５７－０．６８－０．７９－０．９１Ｈ０．０１０．０２０．０４０．０５０．０５０．０６０．０７０．０８０．１０图７钟楼基础沉降槽矢量图Ｆｉｇ．７ＳｅｔｔｌｅｍｅｎｔｔｒｏｕｇｈｏｆＢｅｌｌＴｏｗｅｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ３．１．２钟楼台基应力状态分析图８钟楼台基关键部位应力在不同最大沉降下的变化曲线Ｆｉｇ．８ＢｅｌｌＴｏｗｅｒｋｅｙｐｏｉｎｔｓｔｒｅｓｓｃｕｒｖｅｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｘｉｍｕｍｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ９６２张承客，等西安地铁二号线建设对钟楼古建筑影响表３不同沉降槽深度下钟楼台基关键部位应力值Ｔａｂ．３ＢｅｌｌＴｏｗｅｒｋｅｙｐｏｉｎｔｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｘｉｍｕｍｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ关键部位不同沉降量（ｍｍ）下应力值／ｋＰａ－５－１０－１５－１７－２０－２５－３０－３５－４０券形门洞ａ０．８４１２．１２０．１２６．３４２．７５９．７７７９７．７ｂ－１１．２－１１．６－１２－１２．３－１２．４－１２．９－１３．３－１３．７－１２．２ｃ－１３－１２．８－１２．７－１２．６－１２．５－１２．４－１２．２－１２－９．４ｄ１．７１．７１．８１．８１．８１．８１．８１．８１．６台基西侧ｅ－９１．５－７７．５－６１．７－５０．９－４３．１－２０．６６．８３９．７８７．９台基顶部ｆ－５．７６．５１８．８２６．５３１．０４３．２５５．４６７．６８６．５注表中符号“＋ ” 表示应力为拉应力， “－ ” 表示压应力。从表３和图８可看出，随着沉降槽深度的增大，钟楼台基关键部位拉应力快速增大或者从压应力转变为拉应力，钟楼台基拉应力主要发生在券形门洞洞顶、台基墙角及台基顶部部位，这些部位可能成为台基表面裂缝出现的部位。当地面沉降槽深度为４０．０ｍｍ时，最大拉应力不超过１００ｋＰａ，发生在券形门洞顶拱（ａ点），未超过青砖之间接缝材料的极限抗拉强度［ σ ｍａｘ］＝０．２～０．４ＭＰａ。３．１．３钟楼上部木结构构件内力状态分析在不同沉降槽深度下钟楼上部木结构构件所受的内力状态见表４。表４不同沉降槽深度下钟楼上部木结构构件内力值Ｔａｂ．４ＢｅｌｌＴｏｗｅｒｗｏｏｄｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｘｉｍａｌｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ构件内力（矩）断面／ｍｍ不同沉降量（ｍｍ）下内力值－５－１０－１５－１７－２０－２５－３０－３５－４０Ｚ１／ｋＮ Φ ５５０－０．１０．８１．６２．１２．５３．４４．２５．１６．０Ｚ２（／ｋＮ Φ ７００－１．２－２．４－３．５－４．２－４．７－５．９－７．０－８．２－９．３Ｌ１／ｋＮｍ５００７００－１．８－３．６－５．４－６．３－７．１－９．０－１０．６－１２．５－１４．１Ｌ２／ｋＮｍ５００７００－１．１－２．２－３．４－４．０－４．５－５．７－６．８－８．０－９．０Ｌ３／ｋＮｍ５５０４００－０．６－１．１－１．６－１．９－２．２－２．７－３．２－３．８－４．２Ｌ４／ｋＮｍ５５０４８００．３０．５０．８０．９１．１１．４１．６１．９２．１注构件Ｚ１、Ｚ２考虑柱的轴力，Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４考虑梁的弯矩值。轴力以“＋” 为拉， “－” 为压；弯矩以“＋” 表梁下部受拉， “－ ” 表梁上部受拉，下同。表中钟楼木结构各构件内力随着沉降槽深度的增大均有所增大。当地面沉降槽深度为４０．０ｍｍ时，柱中最大轴力（拉）不超过６．０ｋＮ，拉应力不超过２５．０ｋＰａ，位于Ｚ１中；最大轴力（压）不超过１０．０ｋＮ，位于Ｚ２中。梁中弯矩最大不超过１５．０ｋＮｍ，梁下部所受拉应力不超过３５０ｋＰａ，位于Ｌ１中。不会拉断或剪坏上部木柱和木梁。当钟楼地基未考虑加固时，按钟楼台基最大沉降控制值不大于５ｍｍ的要求进行控制时，地铁隧道上方地表最大沉降量应控制在２０ｍｍ以内。３．２考虑钟楼地基加固后加固方法在盾构隧道和钟楼基础之间设置隔离排桩，桩间距１．３ｍ，桩尖进入地层下部粉质黏土２ｍ，跳桩施工，在桩间施工旋喷封闭。桩顶设冠梁。３．２．１钟楼台基沉降分析表５加固后不同沉降槽深度下关键部位沉降值Ｔａｂ．５ＢｅｌｌＴｏｗｅｒｋｅｙｐｏｉｎｔｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｘｉｍｕｍｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｆｔｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ关键点不同沉降量（ｍｍ）下沉降值／ｍｍ－５－１０－１５－１７－２０－２５－３０－３５－４０Ａ－０．９３－１．８５－２．７８－３．３９－３．７０－４．６３－５．５５－６．４８－７．４１Ｂ－０．２４－０．４８－０．７１－０．８４－０．９５－１．１９－１．４３－１．６６－１．９０Ｃ－０．０９－０．１８－０．２７－０．３２－０．３６－０．４６－０．５５－０．６４－０．７３Ｄ０．２００．４１０．６１０．７３０．８１１．０１１．２２１．４２１．６２Ｅ－０．４６－０．９２－１．３８－１．６５－１．８３－２．２９－２．７５－３．２１－３．６７Ｆ－０．３０－０．６０－０．９１－１．０７－１．２１－１．５１－１．８１－２．１１－２．４２Ｇ－０．１０－０．１９－０．２９－０．３４－０．３８－０．４８－０．５７－０．６７－０．７７Ｈ０．０１０．０２０．０４０．０５０．０５０．０６０．０７０．０９０．１００７２西安理工大学学报（２０１３）第２９卷第３期图９考虑加固后钟楼基础沉降槽矢量图Ｆｉｇ．９ＳｅｔｔｌｅｍｅｎｔｔｒｏｕｇｈｏｆＢｅｌｌＴｏｗｅｒｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ从表５和图９可以看出，沉降槽的左侧反弯点距离隧道轴线约为１３．５ｍ，该点相对于隧道轴线部位的局部倾斜随着沉降量的增大而有一定幅度的增大；右侧距离隧道轴线为７．２ｍ，位于隔离排桩处。地面最大沉降量为２０．０ｍｍ时，左侧ＯＢ段局部倾斜为０．９ ‰，右侧ＯＡ段局部倾斜为１．５ ‰，钟楼台基最大沉降不超过４ｍｍ，钟楼倾斜为０．１２ ‰，反映了隔离排桩等加固措施发挥了明显的作用。３．２．２钟楼台基应力状态分析图１０在考虑钟楼地基加固的情况下，钟楼台基各关键部位拉应力减小明显，量值减小幅度有５０％。城墙关键部位拉应力位于在券形门洞洞顶、台基顶部部位。当沉降量为４０．０ｍｍ时，最大拉应力不超过３０ｋＰａ，发生在台基顶部部位（ｆ点），仅为未加固工况下的３０％，小于极限抗拉强度［ σ ｍａｘ］＝０．２～０．４ＭＰａ。台基墙角（ｅ点）均为压应力，最大值不超过１２０ｋＰａ。图１０加固后关键部位应力在不同最大沉降下的变化曲线Ｆｉｇ．１０ＢｅｌｌＴｏｗｅｒｋｅｙｐｏｉｎｔｓｔｒｅｓｓｃｕｒｖｅｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｘｉｍｕｍｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｆｔｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ３．２．３钟楼上部木结构构件内力状态分析在不同沉降槽深度下钟楼上部木结构构件所受的内力状态及安全性态如表６所示。表６加固后不同沉降槽深度下上部木结构构件内力值Ｔａｂ．６ＢｅｌｌＴｏｗｅｒｗｏｏｄｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｘｉｍａｌｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｆｔｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ构件内力（矩）断面／ｍｍ不同沉降量（ｍｍ）下内力值－５－１０－１５－１７－２０－２５－３０－３５－４０Ｚ１／ｋＮ Φ ５５０－０．４０．１０．７１．０１．１１．７２．３２．８３．３Ｚ２／ｋＮ Φ ７００－０．７－１．４－２．１－２．４－２．６－３．４－４．１－４．８－５．４Ｌ１／ｋＮｍ５００７００－１．１－２．２－３．３－４．１－４．２－５．３－６．４－７．６－８．５Ｌ２／ｋＮｍ５００７００－０．６－１．１－１．８－２．０－２．２－２．８－３．５－４．１－４．５Ｌ３／ｋＮｍ５５０４００－０．４－０．７－１．１－１．３－１．３－１．７－２．０－２．４－２．７Ｌ４／ｋＮｍ５５０４８００．１０．３０．４０．５０．５０．７０．８１．０１．０从表６可以看出，在考虑钟楼地基加固的情况下，钟楼上部木结构各构件所受内力减小明显，量值减小幅度为３０％。当地面沉降槽深度为４０．０ｍｍ时，柱中最大轴力（拉）不超过４．０ｋＮ，拉应力不超过１５．０ｋＰａ，位于Ｚ１中；最大轴力（压）不超过６．０ｋＮ，位于Ｚ２中。梁中弯矩最大不超过９．０ｋＮｍ，梁下部所受拉应力不超过２１０ｋＰａ，位于Ｌ１中。不会拉断或剪坏上部木柱和木梁。目前地铁二号线从西安北站到会展中心已开通

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