地下人行通道明挖對下伏既有電力隧道的影響研究

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

一、引言

隨著我國城市化進程的不斷推進，地下構筑物越來越復雜，出現很多基坑修建在既有電力隧道上方。基坑開挖土體卸荷必然引起周圍地層移動，導致位移場和應力場的變化，嚴重威脅既有隧道安全，因此掌握基坑開挖過程中既有隧道變形特性及內力分布是至關重要的[1-3]。本文結合實際工程，利用有限元軟件建立模型，分析地下人行通道開挖產生偏壓和卸荷對既有電力隧道的影響。

二、計算模型

本文采用Midas/GTS NX建立二維計算模型，按照平面應變問題進行計算，采用二維平面應變模型進行模擬。模型高度為19.6m，寬為23.1m，巖土體從上往下分為素填土、中風化泥質砂巖，泥質砂巖。前兩層厚度分別為1.7m、1m。電力隧道呈倒“凸”形，寬為3.1m，高為3.55m。襯砌采用C30混凝土，厚度25cm。人行通道底部到隧道上方距離僅為0.3m。人行通道開挖深度為5.75m。其位置關系如圖1所示。

本文模型計算參數取值表1所示：

表1計算參數

模型邊界條件：X軸方向的兩側邊界采用約束X方向位移，底部邊界為固定約束，上部邊界為自由面。

基坑開挖模擬：1、計算初始應力場，并將位移清零；2、模擬電力隧道開挖及支護，也并將位移清零；3、模擬人行通道開挖：人行通道是從右往左開挖，開始每開挖步2m，臨近隧道改為1m，隨后又為2m。

圖1 位置關系圖及網格劃分圖

三、計算結果分析

有限元分析的重點是研究地下人行通道開挖對既有電力隧道變形影響，圖2、3給出了施工全過程的隧道豎向位移、水平位移與開挖步變化趨勢圖。

圖2 隧道豎向位移變化趨勢圖

圖3 隧道水平位移變化趨勢圖

由圖2可得，隨著人行通道的開挖，隧道豎向位移逐步向上隆起，這是由于巖土體卸荷產生的；當施工步8開挖時，電力隧道豎向位移突然變現為沉降，到施工步9開挖時隧道正上方沉降量突增，增大量為350%，這是由于隨著人行通道的開挖對電力隧道產生偏壓造成的。隨著人行通道繼續往左開挖，巖體卸荷引起隧道往上隆起。當開挖到13步時，人行通道開挖對電力隧道影響較小并趨于穩定。

由圖3可得，隨著人行通道的開挖，隧道水平位移逐步增大；當施工步9開挖時，電力隧道水平位移突然增加，增大量為29.70%，同樣這是由于隨著人行通道的開挖電力隧道受到偏壓的影響。

四、結論

通過地下人行通道開挖過程對既有電力隧道的影響分析可得到：

1.人行通道開挖對其下部既有電力隧道有明顯的影響，基坑開挖卸荷使得隧道產生位移，主要體現為豎向隆起。

2.人行通道開挖到隧道正上方時，隧道變形量突然增大，因此人行通道開挖產生偏壓對既有電力隧道影響較大，對類似的工程施工提供借鑒。