地下人行通道明挖對(duì)下伏既有電力隧道的影響研究

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

一、引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，地下構(gòu)筑物越來(lái)越復(fù)雜，出現(xiàn)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(dòng)，導(dǎo)致位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的變化，嚴(yán)重威脅既有隧道安全，因此掌握基坑開挖過(guò)程中既有隧道變形特性及內(nèi)力分布是至關(guān)重要的[1-3]。本文結(jié)合實(shí)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(chǎn)生偏壓和卸荷對(duì)既有電力隧道的影響。

二、計(jì)算模型

本文采用Midas/GTS NX建立二維計(jì)算模型，按照平面應(yīng)變問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算，采用二維平面應(yīng)變模型進(jìn)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(fēng)化泥質(zhì)砂巖，泥質(zhì)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(guān)系如圖1所示。

本文模型計(jì)算參數(shù)取值表1所示：

表1計(jì)算參數(shù)

模型邊界條件：X軸方向的兩側(cè)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(jì)算初始應(yīng)力場(chǎng)，并將位移清零；2、模擬電力隧道開挖及支護(hù)，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(guān)系圖及網(wǎng)格劃分圖

三、計(jì)算結(jié)果分析

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

圖2 隧道豎向位移變化趨勢(shì)圖

圖3 隧道水平位移變化趨勢(shì)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(chǎn)生的；當(dāng)施工步8開挖時(shí)，電力隧道豎向位移突然變現(xiàn)為沉降，到施工步9開挖時(shí)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(duì)電力隧道產(chǎn)生偏壓造成的。隨著人行通道繼續(xù)往左開挖，巖體卸荷引起隧道往上隆起。當(dāng)開挖到13步時(shí)，人行通道開挖對(duì)電力隧道影響較小并趨于穩(wěn)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(dāng)施工步9開挖時(shí)，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(jié)論

通過(guò)地下人行通道開挖過(guò)程對(duì)既有電力隧道的影響分析可得到：

1.人行通道開挖對(duì)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(chǎn)生位移，主要體現(xiàn)為豎向隆起。

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