土方回填對地鐵隧道安全性影響研究

■雷開亮 張凱

（1中鐵隧道勘測設計院有限公司陜西西安710016；2機械工業勘察設計研究院有限公司陜西西安710043）

土方回填對地鐵隧道安全性影響研究

■雷開亮1張凱2

（1中鐵隧道勘測設計院有限公司陜西西安710016；2機械工業勘察設計研究院有限公司陜西西安710043）

西安市半坡國際廣場利用工程位于地鐵一號線半坡站附近，土方回填對地鐵一號線半坡站的安全影響極為重要，保證地鐵車站的安全是項目成立的前提條件。本文采用三維數值模擬軟件對施工過程進行模擬，動態分析土方回填過程中盾構隧道結構的變形發展，并評估盾構隧道結構的安全狀態，得出土方回填對地鐵一號線半坡車站的安全性影響評估結論。

土方回填 地鐵隧道 數值模擬 安全影響

1 引言

地基土的回填直接對周邊土層的產生擾動，從而將內力和變形傳遞到隧道洞室上，影響其安全使用狀態。由于西安地鐵的重要地位，在周邊進行地下空間開發建設對其安全影響分析受到各方的重要關注，并成為項目是否可行的關鍵。

2 工程概況

2.1 西安地鐵一號線概況

西安地鐵第二條開工的線路，于2013年09月投入運營，全長約25.40公里，設19座地下車站。線路西起位于未央區的后衛寨站，東至位于灞橋區的紡織城站。

2.2 工程概況及回填方案

本工程與地鐵一號線半坡站最近距離約50m浐， 河站～半坡站區間在景觀廣場正下方穿過。

土方回填項目與一號線 浐河站～半坡站區間平面關系見下圖1，圖中半坡國際廣場項目景觀廣場分為左右兩部分，右側區域（藍色部分）進行了土方回填，最大回填厚度約5.25m。紫色區域為局部扶梯基坑，該處比原地面標高降低約2m，四周設置擋墻，場地范圍內最大回填厚度約5.25m。

圖1 半坡國際廣場項目與 浐～半區間平面關系圖

2.3 工程地質條件

據勘探揭露，本區間地層自上而下依次為第四系全新統人工填土，沖積黃土狀土、粉質黏土、粗砂、圓礫土、卵石土，上更新統風積新黃土，中更新統沖積粉質黏土、粗砂、圓礫土、卵石土等構成。實測場地地下水穩定水位埋深介于7.10～12.50m之間，相應標高為396.75～398.57m，屬潛水類型。場地地下水位上黃土具濕陷性。根據《濕陷性黃土地區建筑規范》（GB50025-2004），屬非自重濕陷性黃土場地。

3 土方回填對隧道影響的數值分析

3.1 數值分析概況

采用美國專業巖土軟件FLAC3D進行模擬計算，考慮到數值模擬邊界效應的影響，計算模型適當外擴和放大，最終模型大小為100m×180m×50m（X、Y、Z方向）。

3.2 計算參數的選取

土體材料本構模型采用莫爾庫倫理想彈塑性本構模型，各參數均根據現場勘查結果取值。

各土層參數最終取值如下表所示。

表1 各地層物理力學參數計算選取值

初期支護結構的各力學參數如表2。

表2 襯砌結構力學參數計算選取值

3.3 地基土回填對地鐵隧道安全影響分析

計算中，兩條縱向的地下盾構隧道等代層為實體單元，襯砌管片為殼結構單元。模擬從盾構施工一直到土方回填的整個過程結束后的土體位移情況。盾構模擬為循環開挖，每環管片1.5m。土方回填采用從1m～5m逐步增加，動態模擬整個施工過程。

圖2 全部回填后地層豎向位移

圖3 全部回填后盾構襯砌變形

將盾構結構隨著土方回填的變形結果匯總如下：

表3 盾構襯砌最大變形統計表

計算結果表明，隨著土方回填的增加，盾構襯砌的彎矩、軸力、剪力遞增。當土方全部回填后，盾構襯砌的最大彎矩為127.3kN.m，最大軸力為668kN。

分析得出，當土方回填2m時，通過斷面分析隧道沿縱向每10m差異沉降最大值為1.6<0.04%Li，滿足要求；當回填土高度達到5m時，隧道差異沉降最大值為5.064>0.04%Li，不滿足沉降要求，但經驗算，滿足受力要求。

4 結論

三維數值模擬計算結果顯示：全部施工完成后，地面最大沉降30mm左右，以固結沉降為主；盾構隧道頂最大沉降為20mm，盾構隧道底最大沉降為17.5mm，差異值很小；全部施工完成后，沿隧道縱向沉降差很小，隧道變形曲率半徑很大，遠大于15000m，滿足相關要求。全部施工完成后，盾構襯砌的最大彎矩為127.3kN.m，最大軸力為668kN，經驗算，滿足受力要求。

所以本項目上覆土回填完成后，會對地鐵區間隧道結構的內力和變形產生影響，但這些影響尚在安全范圍內。各項變形及差異變形滿足控制標準要求。因此綜合判定地基土回填不會對地鐵結構造成安全影響。

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[2]張麗娟，孫巍，謝明，等.豎向近距離卸載對既有隧道影響的數值分析 [J].地下空間與工程學報，2010，6 (增 1):1408-1412.

[3]杜文考,趙建華.土方回填夯實質量對建筑物的影響 [J].內蒙古科技與技術，2007， (8):357.

U45[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-481-1

雷開亮（1987～），男，本科，研究方向為地下空間與隧道工程設計。