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乎每一个邻近隧道施工区域的建筑物都会遭受 一定

的扭曲变形。

本文认为, 一般以下 4种情况可能造成结构物产

生扭曲变形。如图 1所示 (图中粗实线表示建筑物平
面或基础底板平面 ), 对于实际工程, 则可能是这 4种
情况的两种甚至多种组合:

( 1) 隧道以一定的角度从建筑物下穿越, 将引起

结构物的永久性扭曲变形。对于地铁线路和城 市建

筑方位规划规整的城市, 例如北京、西安等地, 这种情
况相对较少; 但是对于如伦敦、上海这样的建筑 方位
不规整的城市, 这是工程中经常遇到的一种情形。如
图 1( a)所示。

( 2) 隧道施工在建筑物附近停止, 由 于距离建筑

物两个立面 (观测剖面 )距离不同, 因此会在这两个立
面引 起大小不 同的沉降, 就会 造成建筑 物的扭曲 变
形。这是另 外一种 永久性 的扭曲 变形。如图 1 ( b )
所示。

( 3) 在隧道的连续推进施工过程中, 地面建筑物

或地下构筑物也会产生扭曲变形。在某些情况下, 这
种瞬时的扭曲变形会大于永久变形, 并引起结构物更
为严重的损坏, 如图 1( b)所示。这种扭曲变形的性质
与上面 ( 2)中所述的情况是一致的, 只是这里是动态
施工的作用。

( 4) 当建筑物体型复杂或其结构高低错落时, 不

同部位之间结构刚度和结构自重之间的差别, 也会造
成其产生一定的扭曲变形。图 1( c)给出了一个例子。
这事实上是一个更加复杂的三维共同作用问题, 往往
需要借助数值分析方法才能进行相关的分析。

从上面所总结的几种情况可以看出, 在地下隧道

开挖过程中, 建 筑物的 扭曲 变形是 普遍 的现 象。但
是, 由 于 涉 及 到 对 平 面 外 变 形 ( ou-

t o-

f plane

deform at ion)的量化分析, 长期以来扭曲变形没有得到

相应深入研究。如果考虑结构和地层 之间变形的相

互作用, 则问题就更为复杂。

作为对隧道施工引起的结构扭曲问题的研究, 本

文将讨论建筑物某一个平面的扭曲变形 (例如基础平
面, 或建筑物的某一 个立面 ) 问题。首先讨论了一个
平面扭曲变形的数学定义及其量化表征和计算方法,
然后在对实测资料分析的基础上, 探讨在某些简化假
定条件下, 建筑物基础板的扭曲变形。最后以伦敦伊
丽莎白大厦 ( E lizabeth H ouse )为例, 采 用本文所提出
的方法具 体量 化分 析其 在伦 敦银禧 线 ( Jubilee L ine

Ex tension)工程施工过程中所产生的扭曲变形。

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  平面扭曲的定义与计算

在本节的分析中, 建筑物的某一个平面 (例如基

础底板平面 )被看作是为一个没有厚度的平面, 如图 2
中所示的平面 A。在发生变形 (可能是由于自重或其
他地下施工引起的变形, 而不一定是隧道施工引起的
变形 )以后, 其位置和形状成为曲面 B。假定曲面 B可
以用数学式 s( x, y ) 来表达。为了简化分析, 忽略平面
内任一点在该平面内的水平位移, 即在平面 A 中的任
何一点在曲面 B 中都不改变 其 x-y 坐标, 而仅发生 z
坐标的变化 (纵向变形 )。在上述简化假定下, 如果平
面 A 中两条平行线在曲面 B 中不再保持平行, 即不在
同一个平面内, 就说明产生了 /扭曲变形 0。

图 2

  基础平面的变形

Fig. 2

  D eform ation of a foundation p lane

在平面 A 中切取一个矩形的微元体, 同时在曲面

B中切取与这个微 元体相对应的微元, 如图 2 所示。

由于假定不存在水平位移, 因此这一对微元的尺寸均