人行地通道明挖施工對地鐵區間隧道的影響分析

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線地鐵區間隧道為工程背景，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。

【關鍵詞】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。修建的目的是實現花溝片區與大竹林片區的銜接與交流。擬建人行地通道下穿金開大道，跨越軌道五號線地鐵區間隧道，位于軌道控制保護區內。地通道采用明挖法施工，全長42m，為鋼筋混凝土框架結構。由于人行地通道的施工對地鐵區間隧道構成潛在的風險，為此，本文對人行地通道施工過程中地鐵隧道的位移和應力狀態進行安全評估，其分析結果可作為同類工程的參考依據。

2、計算模型

采用有限元軟件Midas-GTS進行二維開挖分析，計算范圍為長70m，高55m的二維模型，經過優化后的網格如圖1所示。地通道底板到地鐵隧道結構頂的豎直距離為16.99m，兩條地鐵隧道線間凈距為16.4m，隧道初期支護厚度為0.23m，二襯厚度為0.35m。計算范圍內的巖土體采用二維平面應變單元計算；隧道襯砌采用梁單元計算。

圖1有限元網格

3、材料參數及計算條件

3.1材料參數

本次計算區域位于照母山立交人行地通道與軌道五號線區間隧道相交地段，區間隧道位于人行地通道正下方，計算范圍內的隧道圍巖以素填土和中風化砂質泥巖為主，局部夾粉質粘土層和強風化泥巖層。區間隧道位于中風化泥巖層中，圍巖級別為V級。有限元計算采用的單元類型及材料參數如表1所示，考慮施工對周圍巖土體擾動，材料參數根據地勘資料提供的設計參考值按0.85倍折減。

3.2 計算前提

計算荷載：結構自重；巖土體開挖產生的圍巖釋放荷載；人行地通道正常運營后產生的人群附加荷載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”單元的方法實現基坑開挖、回填和結構物的修建。巖、土體材料的屈服條件采用莫爾-庫侖屈服準則。

3.3 模擬開挖過程

（1）為簡化計算，縮短計算時間，區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）地通道開挖引起區間隧道上方圍巖卸載，模擬明挖施工對區間隧道受力影響；

（3）地通道結構施作后人工回填，模擬地通道施工完成后對區間隧道受力影響；

（4）施加地通道的人群荷載，模擬正常使用時的狀態。

4、計算結果

圖2截面位置示意圖

對有限元模型進行模擬計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階段，地鐵區間隧道的結構變形和內力。對區間隧道指定截面（如圖2所示）的結構內力，按照《鐵路隧道設計規范》（TB10003—2005）計算各截面在偏心受壓下的安全系數見表3。地鐵區間隧道在三個階段的最大位移見表2。

由以上數據可知，地鐵區間隧道在人行地通道施工開挖、回填土體和正常使用三個階段的產生的最大變形在10mm內，其結構內力按規范計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對地鐵區間隧道造成危險。

結 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線地鐵區間隧道影響的有限元計算可以得到如下結論：

（1）人行地通道施工對地鐵區間隧道的影響，主要是造成區間隧道上方圍巖卸載，使隧道受力狀態產生變化，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，結構的安全性能滿足承載力要求和抗裂要求，地通道施工不會對地鐵區間隧道造成危險。

（2）因地鐵區間隧道已經修建完成，所以人行地通道施工時，應采用人工開挖或機械開挖方式，不得采取爆破開挖；應做好防排水工作，防止地表降水沿裂隙下滲至區間隧道；施工過程中應對隧道變形進行嚴格監控，確保對區間隧道的影響在規范允許的范圍內，如果發現變形超限，或者變形發展超速，應立刻停止施工，直到找出原因并采取有效對策后才能繼續施工。

參考文獻

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