隧道降水施工對既有市政管線隧道的影響研究

石君鋒

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司，武漢430000）

1 引言

我國的城市化進程越來越快，城市地鐵與公路等基礎隧道設施隨之增加。隧道由于是新建的，不可避免在空間上近距離重合既有市政隧道，并伴有交叉或并行。施工是建設市政隧道時的關鍵影響因素，其中隧道降水施工對于隧道施工來說非常關鍵。因此，十分需要探討降水施工對既有隧道的影響，保障正常使用既有隧道，并且靈活開展施工新建隧道，希望引起行業內的警示與提醒。

2 隧道降水施工對市政管線隧道的影響計算

2.1 降水施工過程模擬

按照實踐中現場具體，模擬通過井點降水法，以及有限差分法與流固耦合完成計算。數據顯示，距離降水井大概50m處，地表明顯沉降，導致沉降差異。既有管線隧道的受力變化方面，交叉處波動最明顯，沿隧道往兩邊慢慢變少并且均勻分布。在交叉處30m 左右，受力大部分來自于負值，這些都大大超過了混凝土最大的強度。假設地下水位在地表下面的5m深，在降水后的水位符合提前制定好的施工要求時，則不繼續計算降水。

2.2 水文與工程地質條件

隧道周圍土層從上到下依次是：卵石土、第四系全新人工填筑土粉質粘土、粉質粘土、更新統冰水-流水堆積層、松軟土、砂、卵石土，下伏基巖是白堊系上統灌口組泥巖[1]。有兩種類型的地下水，首先潛水松散土層孔隙，另外隙水基巖裂。大部分在上更新統中卵石土、砂里，非常容易滲透，里面水量多，形成了完整的含水層，含水總體厚度達到4～25m，有些區域因為控制地形與上覆粘土，承壓性不強。大多數還是需要大氣降水與地表水補充水分。此次勘察中鉆孔水位在2～8m 深。

2.3 計算參數

按照相關地質資料與提前制定好的工程計劃方案，有圍巖和既有市政管線隧道的計算參數。

2.4 計算模型

①降水施工影響區域模擬。此次通過計算二維模型，降水井深大約在地表往下23m 深，水位為地表往下4m 深。模型土層大約厚40m，寬300m，降水井大致位置于模型方向5m 的地方。模型土體都是選擇的實體單元。②模擬降水施工對既有市政管線隧道的影響。此次通過計算三維模型，上部市政管線隧道和下部新建隧道，同一水平面上差不多正交，管線隧道大約高4m，底部距隧道初期支護大約有2m。模型計算范圍：上部管線隧道往上60m，下部開挖隧道往下40m，土層大約厚60m；降水井與地面的距離是23m，水位在地下4m 深。模型中的初期支護與圍巖、二次襯砌等全部選擇實體單元。模型的邊界條件比較大地受到水平局限，下邊界是豎著局限，上邊界相對來說不受約束。

3 數值計算結果分析

在降水井的周邊，沉降地表最多，降水井半徑越大，地表波動越穩定：①降水井上面1m 地表沉降最多；②水井半徑越大，沉降地表少得越快，半徑有50m，地表越穩固；③降水井半徑超過90m，地表沉降基本持平。降水結束，新建隧道與周邊水壓力接近于零。兩個隧道交叉的地方，既有管線隧道波動最劇烈，沿隧道豎著往兩邊逐漸變少。降水越來越久，交叉地方縱向波動越來越多，降水初始增加波動越來越快，速率較大，隨著時間的增加，位移下沉變慢。一開始的支護和二次襯砌拱頂與仰拱結構基本一致，沒什么差別，其中波動也并無二致。

4 結語

①水井距離半徑越大，沉降地表越慢降低，半徑在50m時，沉降地表較平穩趨于穩定。可以知道，距離降水井半徑不超過50m 時，沉降地表有著很大波動，沉降差異很容易出現，影響到周邊建筑結構。②降水越來越久，既有管線隧道結構波動與受力也越來越大，剛開始降水增加明顯很快，隨之明顯變慢[2]。③既有隧道初期支護與二襯波動及受力在降水施工的影響下規律很是接近，交叉點縱向波動最多，大概在22m 左右，位移沿隧道豎直往兩邊慢慢降低并且均勻分布。④降水施工導致既有隧道中間和兩邊沉降差異大概是7mm，而規范數據是5mm，因此是符合要求的。⑤交叉位置既有管線隧道兩邊受力基本分布均勻，交叉點不超過30m 的位置，拱頂豎直受力基本是負值，而仰拱豎直受力基本是正值。⑥最開始上部管線隧道支護仰拱，其最大受力是3MPa，在C25 以上噴射混凝土，最大強度是1.3MPa；二次襯砌拱頂時最大受力是3MPa，在C30以上混凝土，最大強度是2.5MPa。降水施工非常能夠影響到上部既有管線隧道，因為不平均導致管線隧道不完整，因此，如果沒有特殊輔助，不建議實施降水。