既有區間隧道上方填方施工對隧道襯砌變形及受力影響分析

趙 偉

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

0 引 言

隨著城市的發展和建設，并且受到城市可用空間的限制。越來越多的項目需要在既有項目的線位進行規劃和施工，新項目施工必然對既有項目產生一定影響。尤其是地鐵這種對于變形控制較為嚴格的建筑，新項目施工前必須充分的分析其時施工對既有地鐵的影響。沈陽長青街快速路高架填方路基段位于地鐵盾構區間上方，需施做永久擋墻并在擋墻內填土，填土最大高度約4.7 m，需要分析填土對既有區間隧道的變形內力應影響。

1 工程概況

新建高架擋土墻填方路基段起始里程為K0+264.86，終止里程為K0+384.86，長度120 m。本段擋墻填方段位于既有地鐵盾構區間上方，擋墻下設置排樁基礎，擋土墻內填土高度約1.3～4.7 m。擋土墻里程為K0+384.86位置，填方土高度最高，區間埋深最淺，本位置樁底距離區間最近，為最不利斷面。盾構隧道外徑6 m，內徑5.4 m，襯砌厚度0.3 m。最不利斷面如下所示，樁底距離區間頂約5 m。

圖1 填方路基與盾構區間平面位置關系圖

圖2 填方路基與盾構區間剖面位置關系圖

2 區間隧道變形及內力計算分析

(1)區間隧道變形計算

采用理論分析方法進行計算，填土位于地面擋土墻之間，附加荷載施加在地面。由于擋土墻和圍護樁的限制作用，附加荷載無法像一般的附加荷載一樣向下擴散。按照對下方區間不利工況考慮，樁底土層附加荷載按照地面附加荷載數值計算，如圖3所示。填土容重按照20 KN/m3計算。擋土墻段起始里程為K0+264.86處超載為26 KPa，終止里程為K0+384.86處超載為94 KPa，如圖4所示。

圖3 填土超載剖面圖 圖4 填土超載縱向平面圖

采用《建筑地基基礎設計規范》分層總和法分別計算角點1(2)、3(4)、5樁底至隧道頂沉降S1，樁底至隧道底沉降S2，樁底總沉降S3。通過S1、S2、S3計算隧道拱頂沉降、拱底沉降及相對變形。

表1 沉降分析表(mm)

(2)區間隧道內力計算

按照對下方區間不利工況考慮，樁底土層附加荷載按照地面附加荷載數值計算，取附加荷載最大斷面，附加荷載標準值為P0=94 KPa。參考土力學教材，土壓力擴散角按照22°取值，計算附加應力。本工況其他荷載與填方路基施工前相同。施工后右線隧道左上方施加填方引起的附加荷載P1，隧道左側施加填方引起的附加荷載P2，如圖5所示。其他荷載計算按照《上海地基基礎設計規范》計算。

填土豎向荷載：P1=P0×8/(8+2×5.09×tan22°)=62.4 KPa

填土水平荷載：P2=P1×0.35=21.7 KPa

(注：其中0.35為隧道所在土層靜止土壓力系數)

表2 堆載前盾構隧道荷載標準值(KPa)

地面填土完成后荷載標準組合下，隧道襯砌軸力、彎矩如圖6、圖7所示。

圖6 堆載后彎矩圖 圖7 堆載后軸力圖

取按荷載標準值計算的內力進行對比。對比結果如下表。結果顯示最大彎矩增加量約為25%，最大軸力增加量約為18%。

表3 內力分析表

3 結論與建議

(1)采用《建筑地基基礎設計規范》計算沉降，隧道頂沉降量為5.053 mm；隧道底沉降量為3.414 mm。隧道收斂變形量為1.639 mm，結構沉降量小于10 mm。軌道沉降近似取隧道底沉降3.414 mm，小于4 mm。

(2)采用《上海地基基礎設計規范》荷載-結構法計算隧道襯砌內力變化，填方施工前地鐵區間最大正彎矩為100.7 KN·m，最大負彎矩為73.8 KN·m，填方施工后地鐵區間最大正彎矩為125.4 KN·m，最大負彎矩為90.8 KN·m，彎矩增加約25%；填方施工前地鐵區間最大軸力為828.7 KN，填方施工后地鐵區間最大軸力為976.4 KN，軸力增加約18%。

(3)地面堆載對既有隧道襯砌受力極為不利，進行地面填土時，應充分分析其填土對隧道襯砌內力的影響，必要時在填土前對隧道襯砌進行加固。