合肥某地鐵區間上方道路施工卸載計算分析

王斌，魏東方 （合肥市市政設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230041）

1 工程概況

合肥軌道交通5號線某區間隧道長912.798m，線間距為14m，區間覆土9.2 m～12.25m，本段區間線路為直線，線路縱斷面呈單坡，最大坡度為12‰。區間隧道主體采用盾構法施工，雙線單洞隧道，隧道外徑6m，內徑5.4m，管片厚0.3m，混凝土等級C50。是由1塊封頂塊、2塊臨接塊、3塊標準塊組成的裝配式襯砌結構。區間隧道所在區域地層自上而下分別為（1）2素填土、（6）1黏土、（6）2黏土、（6）3粉質黏土、（6）5粉細砂、（7）2粉質黏土、（9）11全分化泥質砂巖、（9）12強風化泥質砂巖、（9）13全分化泥質砂巖。具體各地層參數詳見表1，區間穿越地層為合肥地區典型老黏土層。區間隧道所在位置地下水主要為第四紀松散巖類孔隙水和碎屑巖孔隙、裂隙水和地表水。區間地質縱斷面情況詳見圖1。

圖1 地鐵區間地質縱斷面圖

區間主要地層物理力學參數表 表1

區間隧道上方建設道路為城市次干道，雙向4車道，道路斷面采用7.5m機動車道+3.5m綠化帶+3.5m非機動車道+3.5m人行道方式對稱布置，道路紅線寬度36m。路床開挖深度約1.4m。道路主要管線為DN2000雨水管、DN800污水管、DN500供熱管、DN400給水管及DN300燃氣管。道路平行位于區間隧道正上方，道路管道施工最大開挖深度5.4m，最大卸荷比達25%,管槽坑距離隧道最小凈距6.6m。具體位置關系情況見圖2。

圖2 道路管線與區間隧道關系圖

2 道路開挖卸載方案

區間隧道左線上方道路施工，有一條待建DN2000混凝土質雨水管，右線上方待建DN800混凝土質污水管。右線上方DN800混凝土質污水管采用頂管法施工，無需進行開挖，對既有區間隧道影響較小。左線上方DN2000混凝土質雨水管由于覆土較淺且管徑較大，無法進行頂管施工，只能采用明挖法施工?？紤]到區間上方雨水管及道路開挖會導致已建地鐵隧道產生上浮的情況，針對這一問題，施工開挖采用分層跳倉抽條的施工工序。第一步先根據管節長度沿著管道鋪設的方向進行分倉，分A、B兩大區域，并跳倉進行開挖，開挖至路床面。第二步對A區域進行第二次分倉，分a1、a2兩個區域，先開a1同時埋設管道并回填。第三步繼續開挖a2區域，埋設管線后回填。第四步在B區域中也進行二次分倉，分b1、b2兩個區域，先開挖b1區域。第五步埋設管線后回填。第六步開挖b2區域。第七步埋設管線后回填。分步卸載時，當監測數據達到預警值與控制值之間時，應加密監測。當隧道監測數據達到預警值時，應在隧道內采取配重壓載或者地層加固的方式防止隧道上浮過大，影響隧道結構安全。具體實施方案詳見圖3。

圖3 道路開挖施工工序圖

3 數值計算分析

對盾構法隧道而言，地層開挖前隧道處于受力平衡與穩定狀態。地層開挖，卸載隧道上方荷載，破壞隧道周邊的拱作用，使隧道襯砌上的側壓增大，拱頂向上變形；地層卸載引起地層整體隆起變形，進一步增大隧道的變形量，隧道變形為豎鴨蛋形。因此開挖過程中，應根據開挖至管槽底面線的最不利工況，驗算隧道變形是否滿足軌道交通結構變形要求，并驗算結構承載力及正常使用狀態是否滿足要求。開挖至換填底面線后，進行路床、路面施工，同時存在重型機械碾壓，這對下方隧道起加載作用。加載作用能抑制開挖階段隧道產生的隆起變形，但對結構的受力是不利的。因此回填階段，應根據隧道現狀提出所能承受的最大荷載，從而提出相應的結構保護措施和施工要求。根據《城市軌道交通結構安全保護技術規范》（CJJ/T 202-2013）的規定，對于已建成的區間隧道應滿足表2的要求。

城市軌道交通結構安全控制指標值 表2

綜合考慮現場的實際情況，提出道路施工對5號線影響的控制標準，盾構隧道結構徑向收斂≤10mm；盾構隧道結構差異沉降0.04%La＜2mm、4mm、6mm、8mm（對于監測斷面間距分別為5m、10m、15m、20m）,La是相鄰測點間距；管片環縱縫張開量＜2mm；結構不得有內外貫穿裂縫和寬度大于0.2mm的裂縫。

為研究道路直接開挖和采用分層跳倉抽條的方式開挖，對既有地鐵區間的影響的區別。區間上方管線開挖選擇典型斷面進行模擬計算分析。采用大型有限元軟件midas.gts NX建立90m×40m×30m模型來模擬管線卸載工況。單元采用6面體單元，土體本構模型選用修正摩爾庫倫，區間隧道采用板單元進行模擬。計算模型見圖4，計算結果見圖5。

本工程安全控制指標值 表3

圖4 計算模型

圖5 一次性開挖計算結果

圖6 分層跳倉抽條發開挖結果

通過對計算結果分析，采用大開挖的方式隧道上浮最大約20.5mm，大于控制值20mm，不滿足結構安全要求。而在采用分層跳倉抽條的情況下，隧道上浮最大約9.4mm，最大差異沉降約3mm，管片徑向收斂6mm，管片環縱縫張開量1.2mm，管片裂縫0.15mm，均小于控制值，滿足結構安全要求。故采用分層跳倉抽條法能較好地控制隧道上浮，保證結構安全。通過對直接開挖和分層跳倉抽條開挖法對比不難看出，在增加一些可接受的工序環節后，大大減少了對既有區間隧道的影響，保證了結構的安全。

4 結語

隨著城市軌道交通的大規模建設，項目間交叉情況越來越多。研究分析工程間相互影響也變得日趨重要。尤其是地鐵建設完成后，在既有地鐵區間隧道上開挖卸載，相比采用加固的方法，通過研究施工步驟來減小施工對既有區間隧道結構的影響，在造價、工期和環保等方面都有較積極的意義。