人行地通道明挖施工對地鐵區(qū)間隧道的影響分析

尹恒

【摘要】以重慶照母山立交工程人行地通道跨越軌道五號(hào)線地鐵區(qū)間隧道為工程背景，研究地通道明挖法施工對既有地鐵隧道的影響。希望可作為同類工程的參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】明挖法；地鐵；人行地通道

1、引言

照母山立交工程位于重慶市星光大道、金開大道兩條道路交叉處，由擬建金開大道主線高架橋、改建星光大道延伸段至照母山隧道、新建三條匝道及人行地通道、人行天橋組成。修建的目的是實(shí)現(xiàn)花溝片區(qū)與大竹林片區(qū)的銜接與交流。擬建人行地通道下穿金開大道，跨越軌道五號(hào)線地鐵區(qū)間隧道，位于軌道控制保護(hù)區(qū)內(nèi)。地通道采用明挖法施工，全長42m，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。由于人行地通道的施工對地鐵區(qū)間隧道構(gòu)成潛在的風(fēng)險(xiǎn)，為此，本文對人行地通道施工過程中地鐵隧道的位移和應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行安全評(píng)估，其分析結(jié)果可作為同類工程的參考依據(jù)。

2、計(jì)算模型

采用有限元軟件Midas-GTS進(jìn)行二維開挖分析，計(jì)算范圍為長70m，高55m的二維模型，經(jīng)過優(yōu)化后的網(wǎng)格如圖1所示。地通道底板到地鐵隧道結(jié)構(gòu)頂?shù)呢Q直距離為16.99m，兩條地鐵隧道線間凈距為16.4m，隧道初期支護(hù)厚度為0.23m，二襯厚度為0.35m。計(jì)算范圍內(nèi)的巖土體采用二維平面應(yīng)變單元計(jì)算；隧道襯砌采用梁單元計(jì)算。

圖1有限元網(wǎng)格

3、材料參數(shù)及計(jì)算條件

3.1材料參數(shù)

本次計(jì)算區(qū)域位于照母山立交人行地通道與軌道五號(hào)線區(qū)間隧道相交地段，區(qū)間隧道位于人行地通道正下方，計(jì)算范圍內(nèi)的隧道圍巖以素填土和中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖為主，局部夾粉質(zhì)粘土層和強(qiáng)風(fēng)化泥巖層。區(qū)間隧道位于中風(fēng)化泥巖層中，圍巖級(jí)別為V級(jí)。有限元計(jì)算采用的單元類型及材料參數(shù)如表1所示，考慮施工對周圍巖土體擾動(dòng)，材料參數(shù)根據(jù)地勘資料提供的設(shè)計(jì)參考值按0.85倍折減。

3.2 計(jì)算前提

計(jì)算荷載：結(jié)構(gòu)自重；巖土體開挖產(chǎn)生的圍巖釋放荷載；人行地通道正常運(yùn)營后產(chǎn)生的人群附加荷載5kPa。

邊界條件：模型底面約束豎直方向的自由度，側(cè)面約束水平向的自由度，地表為自由面。

程序使用“生死”單元的方法實(shí)現(xiàn)基坑開挖、回填和結(jié)構(gòu)物的修建。巖、土體材料的屈服條件采用莫爾-庫侖屈服準(zhǔn)則。

3.3 模擬開挖過程

（1）為簡化計(jì)算，縮短計(jì)算時(shí)間，區(qū)間隧道采用全斷面一次性開挖模擬，并且一次性施作好襯砌，即先計(jì)算初始靜力場；然后全斷面開挖隧道，再修筑襯砌。

（2）地通道開挖引起區(qū)間隧道上方圍巖卸載，模擬明挖施工對區(qū)間隧道受力影響；

（3）地通道結(jié)構(gòu)施作后人工回填，模擬地通道施工完成后對區(qū)間隧道受力影響；

（4）施加地通道的人群荷載，模擬正常使用時(shí)的狀態(tài)。

4、計(jì)算結(jié)果

圖2截面位置示意圖

對有限元模型進(jìn)行模擬計(jì)算可以得到在人行地通道施工開挖、回填土體和正常使用三個(gè)階段，地鐵區(qū)間隧道的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力。對區(qū)間隧道指定截面（如圖2所示）的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，按照《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10003—2005）計(jì)算各截面在偏心受壓下的安全系數(shù)見表3。地鐵區(qū)間隧道在三個(gè)階段的最大位移見表2。

由以上數(shù)據(jù)可知，地鐵區(qū)間隧道在人行地通道施工開挖、回填土體和正常使用三個(gè)階段的產(chǎn)生的最大變形在10mm內(nèi)，其結(jié)構(gòu)內(nèi)力按規(guī)范計(jì)算滿足承載力要求和抗裂要求。因此，人行地通道的施工不會(huì)對地鐵區(qū)間隧道造成危險(xiǎn)。

結(jié) 論

通過照母山立交工程人行地通道施工及使用期間對軌道五號(hào)線地鐵區(qū)間隧道影響的有限元計(jì)算可以得到如下結(jié)論：

（1）人行地通道施工對地鐵區(qū)間隧道的影響，主要是造成區(qū)間隧道上方圍巖卸載，使隧道受力狀態(tài)產(chǎn)生變化，隧道最大變形隨著施工開挖、回填土體及地通道正常使用呈減小趨勢，結(jié)構(gòu)的安全性能滿足承載力要求和抗裂要求，地通道施工不會(huì)對地鐵區(qū)間隧道造成危險(xiǎn)。

（2）因地鐵區(qū)間隧道已經(jīng)修建完成，所以人行地通道施工時(shí)，應(yīng)采用人工開挖或機(jī)械開挖方式，不得采取爆破開挖；應(yīng)做好防排水工作，防止地表降水沿裂隙下滲至區(qū)間隧道；施工過程中應(yīng)對隧道變形進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，確保對區(qū)間隧道的影響在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，如果發(fā)現(xiàn)變形超限，或者變形發(fā)展超速，應(yīng)立刻停止施工，直到找出原因并采取有效對策后才能繼續(xù)施工。

參考文獻(xiàn)

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