明挖隧道近距離上跨地鐵隧道的影響分析

明挖隧道近距離上跨地鐵隧道的影響分析摘要：通過對(duì)寧蕪改線工程南京南明挖隧道近距離上跨南京地鐵區(qū)間隧道的設(shè)計(jì)，利用數(shù)值模擬的手段對(duì)明挖隧道的基坑施工引起的下部隧道結(jié)構(gòu)的上抬及受力變化值進(jìn)行預(yù)判，根據(jù)預(yù)判值調(diào)整及優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測值進(jìn)行比對(duì)可知，兩者較為吻合，認(rèn)為計(jì)算中選取的模型及參數(shù)較為合理，數(shù)值計(jì)算可以對(duì)設(shè)計(jì)方案的合理性及影響進(jìn)行判斷。關(guān)鍵詞：明挖隧道，數(shù)值模擬，基坑，預(yù)判值，卸載前言伴隨著市政交通的高速發(fā)展，城市交通的重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向地下，而隨著地下交通網(wǎng)絡(luò)日趨完善，不可避免地會(huì)出現(xiàn)地下近距離交叉建設(shè)的情況，在這種情況下，如何保障既有結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營，又保證新建結(jié)構(gòu)的順利實(shí)施是需要研究的重要課題。本文擬通過對(duì)寧蕪改線工程南京南明挖隧道近距離上跨南京已運(yùn)營地鐵區(qū)間這一工程實(shí)例，通過三維有限元分析計(jì)算，動(dòng)態(tài)模擬整個(gè)基坑的開挖、支撐及回填過程，預(yù)測基坑施工的影響，對(duì)設(shè)計(jì)及施工方案進(jìn)行合理預(yù)判。由于基坑垂直上跨南京地鐵，因此基坑施工的主要影響來自于基坑的開挖卸載[1=2]工程概況寧蕪改線工程南京南隧道先期明挖段位于南京南站北廣場，分別上跨南京市地鐵1、3號(hào)線，上跨段長度約50m。地鐵1號(hào)線位于地下三層，為雙洞單線馬蹄型礦山法隧道，兩洞間距約41.09m，已開通運(yùn)營，與隧道夾角約90。；待建3號(hào)線位于地下二層，擬采用明挖矩形結(jié)構(gòu)，上部寧蕪貨線隧道為明挖法施工的矩形結(jié)構(gòu)隧道。由于縱坡的限制，地鐵3號(hào)線擬與上部寧蕪貨線工程合建，地鐵1號(hào)線拱頂距上部隧道底部約6.5m。明挖隧道采用鉆孔樁進(jìn)行基坑圍護(hù)。上跨1號(hào)線的9m范圍內(nèi)，為避開1號(hào)線隧道的系統(tǒng)錨桿，圍護(hù)樁設(shè)計(jì)嵌入深度為3.4m,其余部分嵌入深度為5m。隧道與地鐵3號(hào)線合建范圍內(nèi)基坑深度約19.5m,局部將圍護(hù)樁嵌入深度加深至6m。圍護(hù)設(shè)計(jì)與地鐵1、3號(hào)線剖面關(guān)系見圖1。*■3::^50=if3d?.1euh￥?檜口即.：|“點(diǎn)11Uhld15亠1.]iJH!斗5斗E[3Qi."嘮取日I勺■一于二產(chǎn)二一福i*■3::^50=if3d?.1euh￥?檜口即.：|“點(diǎn)11Uhld15亠1.]iJH!斗5斗E[3Qi."嘮取日I勺■一于二產(chǎn)二一福i寧雄&純工齊捋茁實(shí)皆工握長護(hù)識(shí)1十與淮轉(zhuǎn)1」號(hào)聯(lián)刮貢尖氐闖S2計(jì)MttESa4S>}S?H3數(shù)值分析3.1計(jì)算模型為分析隧道基坑開挖對(duì)南京地鐵一號(hào)線的影響，采用MIDASGTS軟件進(jìn)行三維有限元計(jì)算，計(jì)算模型如圖2所示。模型沿隧道縱向長78m，寬60m，高度取地面以下40m。開挖深度為13m,寬度11.1m；局部與地鐵三號(hào)線交叉段基坑開挖深度為19.5m,開挖寬度為31.1m。既有隧道簡化為連續(xù)體模型“］,初噴混凝土采用板殼單元，二次襯砌采用實(shí)體單元。上部基坑開挖按照3m厚分層并考慮架撐。計(jì)算中假設(shè)地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形與該處土體變形一致［4－5］。計(jì)算所用參數(shù)見表1。

崔j計(jì)尊采用的層$Y\稱層厚(E\重度{kN■'EJ?性模蜃{\T卩H)泊松比內(nèi)障〔度)粘聚{k")打1.5418.215〔〕■351()121(1)確塑粉.質(zhì)粘|乳219.2曲n,32沁.7凱〕1(2)軟塑粉質(zhì)粘上3,419,&23(|.351-1,5252(D粉質(zhì)粘1:.2,219.9〔〕.：戀17.342,14<1J全城化鈣泥質(zhì)粉砂-巖Lt；21.50.3呂5404心強(qiáng)現(xiàn)優(yōu)耙泥質(zhì)粉砂巖1.H23.325()0,27401()04⑶弱風(fēng)化鈣邂廣粉秒巖跖，720^011.25■Ifi.02122Q3.2計(jì)算結(jié)果分析計(jì)算結(jié)果見圖3、圖4。

⑹■虬FFJttiJ十鼻r^izz⑹■虬FFJttiJ十鼻r^izz.■■\^J七川/k1"■■??e?■■kc■匕r.—tZT~i-3>M.HJEti//I//S//h//LMk丁pJ—此'-_|--Uhn—y[Mn”Hi—MM：KLTT1■■■II^_5n>unwrznz屢：?g）w護(hù)目填isS4堆狡一號(hào)fiEHIil二次村fl!鬣夬主應(yīng)力皿宙if關(guān)闿3寵義一岳紅SLit二疫材砌豎向竝穗伍〔■$MtBU卜花陥ih?技炸削城百從計(jì)算結(jié)果得到，基坑完成全部開挖步驟后，地鐵1號(hào)線隧道在與基坑交叉部位出現(xiàn)最大的上抬位移,其值為0.57mm，在上部結(jié)構(gòu)完成并回填后，既有隧道最大上抬位移值減小為0.025mm。地鐵1號(hào)線隧道二次襯砌在基坑開挖前、基坑開挖后以及拆撐回填后的最大主應(yīng)力分別為103、324和539kPa。對(duì)比基坑開挖前、開挖后以及拆撐回填后的受力，三個(gè)工況變化均不大。因此，上部基坑開挖對(duì)地鐵一號(hào)線隧道的位移及受力影響很小。實(shí)施結(jié)果施工中為減小卸載引起的地鐵上抬，開挖必須分段、分區(qū)、分層、對(duì)稱進(jìn)行，開挖完成后及時(shí)澆筑底板。本段隧道結(jié)構(gòu)施工已完成，監(jiān)測結(jié)果表明地鐵1號(hào)線結(jié)構(gòu)總體發(fā)生沉降，但各點(diǎn)累計(jì)沉降量不大。在整個(gè)監(jiān)測期間，在前期土方開挖及隧道上方土方開挖期間，最大上抬位移約0.5mm，隨底板的澆筑完畢，上抬得到抑制，各監(jiān)測點(diǎn)變化較為穩(wěn)定，地鐵隧道結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)且與計(jì)算結(jié)果基本吻合，均滿足小于20mm的要求[&]結(jié)論（1）地層彈性模量的選取對(duì)計(jì)算結(jié)果尤其是上抬位移的影響較大，計(jì)算時(shí)應(yīng)選取合理的彈性模量。（2）明挖隧道上跨地鐵施工時(shí)，最不利位置位于交叉部位；且隨著相對(duì)距離的增加，地鐵隧道受到的影響減小。施工中應(yīng)分段、分區(qū)、分層、對(duì)稱地進(jìn)行基坑開挖，減小一次性大面積卸載引起的既有隧道結(jié)構(gòu)的上抬，同時(shí)及時(shí)施做明挖隧道結(jié)構(gòu)也能夠有效控制既有隧道向上的位移。參考文獻(xiàn)李志高，劉國彬，曾遠(yuǎn)，等?基坑開挖引起下方隧道的變形控制[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2006,2(3).戴博紅?深基坑施工對(duì)臨近地鐵隧道的影響預(yù)測[J].城市軌道交通研究，2008,(8).趙志強(qiáng)，張冬梅?臨近基坑開挖對(duì)地鐵區(qū)間隧道影響評(píng)價(jià)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2011,5(7).劉建航，侯學(xué)淵?基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.張俊龍?卸載對(duì)地下建(構(gòu))筑物的影響研究[D][學(xué)位論文]?上海：同