暗挖隧道施工對上部綜合管廊的安全影響研究

白世有，李文青

（中交路橋建設有限公司，北京100027）

1 引言

在一些城市的中心地帶，已經修建了大量的建筑物，在新的地鐵線路修建過程中，不可避免地要穿越先前已有建筑物。地鐵隧道下穿過程中，會引起地層沉降使既有建筑物結構發生變形，從而對既有建筑物安全性造成影響，甚至引發重大安全事故。隧道穿越施工中周圍環境的安全性問題非常突出，是穿越工程的核心問題【1】。

目前，國內外關于隧道近接工程施工影響已進行一定的研究。高丙麗【2】采用FLAC 數值模擬，得出了地鐵隧道暗挖施工對鄰近平行及垂直于隧道軸線的地下管線變形影響的規律，以及地鐵暗挖施工中對鄰近管線的保護措施；王雨等【3】通過模擬分析得出管線本身參數對其沉降的影響相對較小；臺啟民等【4】依托實際工況通過對比不同因素得到“先下后上”施工方式引起的地表最大沉降值及沉降槽寬度小于“先上后下”施工方式，更有利于隧道的整體穩定性；王劍晨等【5】收集北京地區10 個近接下穿工程23 組數據，擬合既有隧道實測變形，發現其中大部分符合Peck 公式分布規律，本文以湘江路站—會展中心站區間（湘會區間）為研究對象，分析暗挖隧道施工對上部綜合管廊的影響，為今后類似工程提供參考。

2 工程概況

湘會區間隸屬于哈爾濱地鐵3 號線二期工程一部分，采用礦山法施工，正線隧道間距為13～17m。大斷面變截面隧道最大跨度為14.15m，標準斷面隧道結構斷面尺寸為6.2m×6.5m，區間平面圖如圖1。本區間正線隧道平行下穿或側穿綜合管廊，隧道與管廊豎向距離3.4～6.2m。

圖1 隧道與既有管廊平面圖

本區間礦山法正線隧道標準斷面采用預留核心土、上下臺階法施工，大斷面隧道A-A 斷面采用CD 法、B-B 采用CRD 法、C-C 和D-D 斷面采用雙側壁導坑法施工。綜合管廊為單層現澆混凝土箱形結構，寬12.9m，高3.55m，采用C40 混凝土施工。本區間范圍內管廊先期施工，管廊施工完成并拔除圍護樁、孔洞回填之后地鐵隧道再行施工。

3 暗挖隧道下穿綜合管廊模擬

3.1 模型參數

依據工程地質的概化模型，對各層土類別進行確定，結合具體實際工程選定各土層相關參數。土體參數見表1，模型支護結構參數見表2。

表1 土體參數表

表2 模型支護結構參數表

3.2 模型尺寸和邊界確定

模型由土體、既有綜合管廊、新建隧道組成。模型共劃分為115 020 單元、120 227 節點、33 個分組。本模型綜合管廊施工縫位置分別與大斷面變截面交界位置相對（見圖2）。為方便研究，將隧道開挖順序劃分12 個狀態（見表3）。

圖2 整體模型

表3 現場施工模擬工序表

3.3 模擬結果分析

隧道開挖完成后，得到模型沉降云圖（見圖3）。

圖3 模型整體沉降圖

通過模型整體沉降云圖可得到，地表的最大沉降為46.8mm。管廊各階段豎向變形和橫向變形見表4。

表4 管廊變形匯總表

從表4 可以看出，隧道開挖完成后，管廊的最大豎向沉降為44.2mm，與地表最大變形相差不大，橫向變形為5.94mm，管廊橫向變形在隧道開挖過程中，基本保持穩定。

從表5 可以看出，隧道開挖完成后，管廊的最大壓應力為0.97MPa，最大拉應力為0.5MPa，管廊所用C40 混凝土，通過規范查詢可知，其軸心抗壓強度標準值為26.8MPa，軸心抗拉強度標準值為2.39MPa，隧道開挖完成后，管廊的最大拉壓應力均小于其控制值，因此，暗挖隧道的開挖能夠保證既有管廊的安全性。

4 結論

通過上述研究，可以得到以下結論：

1）將現場隧道施工劃分12 個施工狀態進行研究，發現隧道開挖完成后，地表最大沉降為46.8mm，既有管廊最大沉降為44.2mm，兩者最大沉降值相差不大。

2）通過對模擬計算的應力結果進行分析，得到隧道開挖完成后，既有管廊最大拉應力為1.09MPa，最大拉應力為1.46MPa，管廊所用材料為C40 混凝土材料，在材料的標準抗拉和抗壓標準值范圍內，說明暗挖隧道的施工能夠保證上部綜合管廊的安全。

表5 管廊應力分析結果匯總表