淺埋暗挖出入口下穿市政管線影響分析

尹筱琴（中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司 深圳 518000）

1 工程概況

沈陽地鐵某車站為九、十號線同期實施換乘車站，車站沿城市道路設(shè)置，在道路兩側(cè)設(shè)置4個出入口，出入口過街段采用礦山法施工。某出入口下穿市政道路下方2.4mx2.2m排水管（埋深5.7m），最小凈距約0.6m，根據(jù)規(guī)范[1]，結(jié)合所處的工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、風(fēng)險源的種類、風(fēng)險的性質(zhì)及接近程度等具體情況，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，處理措施如下：

（1）施工前需先探明管線的準(zhǔn)確埋深、材質(zhì)、接頭位置及形式、滲漏情況、年代等，施工前采用深孔注漿方式加固暗挖導(dǎo)洞上半斷面。

（2）施工時嚴(yán)格執(zhí)行“十八字方針”開挖[3]，必要時加設(shè)臨時支撐；

（3）初支封閉后及時對初支背后回填注漿，將圍巖與初期支護(hù)間的空隙回填密實；

本文主要通過Midas GTS軟件建模分析，對施工過程中管線的沉降變形進(jìn)行驗算。

2 管線控制沉降

管線監(jiān)控量測項目及控制值詳見表1。

表1 監(jiān)控量測項目控制值

3 計算模型

（1）計算軟件。

采用MIDAS-GTS進(jìn)行數(shù)值模擬分析。

（2）邊界條件。

模型底面僅約束z方向的豎向位移，左右（長度方向）僅約束x方向的水平位移，前后（寬度方向）僅約束y方向的水平位移。

（3）荷載。

模擬中采用了以下荷載：

（a）自重及地面超載，在模型頂部施加了20 kPa的面荷載；

（b）排水管底部壓力分別為：2 400×2 200為22kPa，2 200×2 000 為 20kPa；

（c）排水管側(cè)部壓力采用三角形壓力，由上到下，值從零增大到管底壓力大小。地下水位為Z=14m。

隧道開挖荷載釋放：根據(jù)工程經(jīng)驗，隧道開挖階段加載整體的40%，在初期支護(hù)階段加載30%，最后在二襯支護(hù)階段加載30%。

4 計算模型假設(shè)

（1）計算區(qū)域假設(shè)：模型大小為60 m×30 m×28.5m（長×寬×高）。模型中共劃分了191 891個單元，共計31 865個節(jié)點（詳見圖1）。

（2）周圍土體本構(gòu)關(guān)系采用基于摩爾-庫倫準(zhǔn)則的理想彈塑性模型，管線及出入口模型中土體從地表往下依次有雜填土、中粗砂、砂礫等，采用四面體實體單元模擬；大管棚及小導(dǎo)管加固采用改變加固區(qū)域土體參數(shù)來模擬加固過程，加固區(qū)域的土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.8MPa；模型中的隧道初襯、排水管和燃?xì)夤苤ёo(hù)、采用板單元；超前小導(dǎo)管注漿層采用邊界支護(hù)模擬，詳見圖2；

圖1 地層-結(jié)構(gòu)三維模型等軸測圖

5 模擬施工步驟

根據(jù)實際開挖工況，并利用midas-GTS的單元“激活鈍化”功能來模擬真實的開挖工況，具體的模擬開挖步驟如下：

（1）建模，建模中包括開挖的隧道、排水管以及支護(hù)結(jié)構(gòu)。通過增加“修改單元屬性”的邊界組來模擬施工過程中材料屬性的變化。

（2）在每一土層上施加重力荷載，平衡初始地應(yīng)力。

（3）通過激活相關(guān)的單元來實現(xiàn)模擬隧道每個工況施工結(jié)束后的狀態(tài)。

（4）通過“鈍化”在每一個開挖層的土體單元來模擬開挖過程，伴隨著激活相應(yīng)的邊界組來模擬隧道噴射混凝土、噴射混凝土硬化及注漿加固等施工方法。開挖過程實行縱向分步開挖，每5m為一個開挖段，各硐室開挖面分別相距5m。

（5）重復(fù)步驟（4）直到完成整個隧道斷面的施工過程。

6 計算結(jié)果分析

計算結(jié)果詳見圖3~圖5。

從圖3~圖5中可知：地面最大沉降為8.83mm＜20mm，滿足要求。地面沉降槽寬度約為18m。排水管線最大沉降為4.85mm＜10mm，管線差異沉降為0.24 mm＜0.25%Lg=50 mm。燃?xì)夤芫€最大沉降為4.8mm＜10mm，管線差異沉降為0.3 mm＜0.3%Lg=50 mm。

7 結(jié)論及建議

（1）根據(jù)《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》分析，管線的差異沉降、變形速率等滿足要求。

（2）施工時盡量調(diào)整至枯水期進(jìn)行暗挖施工。

（3）下穿管線前對混凝土2 400mm×2 200mm及混凝土2 200mm×2 000mm排水管線采取內(nèi)部鋪設(shè)防水內(nèi)襯，地面導(dǎo)流等有效措施，解決管線滲漏問題。

圖2 出入口與管線的位置關(guān)系圖

圖3 地表沉降云圖

圖4 排水管線沉降云圖

圖5 燃?xì)夤芫€沉降云圖