地鐵安全保護區(qū)內(nèi)地塊施工隧道影響分析

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摘要：以無錫市鄰近地鐵3號線某地塊項目為例，采用三維有限元方法分析模擬了該地塊從基坑開挖到上部結(jié)構(gòu)施工全過程對鄰近既有地鐵隧道的影響，具有重要的工程意義。

關(guān)鍵詞：變形，有限元，區(qū)間隧道

1概述

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，多個城市開始大力修建地鐵。地鐵作為城市的交通大動脈，不可避免地會在其安全保護區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行地塊施工，這些施工活動會引起鄰近地鐵隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力和變形，從而影響正常使用。目前，已有許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。陳魯?shù)龋?］以具體工程項目為例，采用三維有限元方法，分析研究了基坑開挖對隧道的影響；韓偉等［2］建立有限元模型研究分析了基坑二次開挖和上部結(jié)構(gòu)對盾構(gòu)區(qū)間的影響；況龍川等［3］結(jié)合工程實踐，根據(jù)隧道檢測數(shù)據(jù)分析了影響隧道的主要因素。基于此，本文以無錫市鄰近地鐵3號線某地塊項目為例，采用三維有限元分析軟件Midas⁃NX，對其施工對既有地鐵區(qū)間隧道的影響進(jìn)行分析。

2工程概況

擬建地塊項目為一棟商業(yè)樓，地下設(shè)一層車庫，并對現(xiàn)有的售樓處進(jìn)行部分拆除。地下室結(jié)構(gòu)邊線與地鐵3號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)外邊線最小水平凈距為12．4m，既有的售樓處為臨時建筑，因建筑用途的改變擬變更為商業(yè)樓，擬對現(xiàn)狀售樓處局部拆除，拆除后售樓處結(jié)構(gòu)邊線與地鐵3號線區(qū)間隧道最小水平凈距為10．96m，平面布置見圖1。該項目場地現(xiàn)狀標(biāo)高＋3．400m～＋3．800m，基坑開挖深度約5．7m～6．1m，鄰近地鐵側(cè)局部集水井處基坑局部加深1m，鄰近地鐵側(cè)圍護結(jié)構(gòu)采用ϕ850＠1200mm三軸攪拌樁套打ϕ1000＠1200mm鉆孔灌注樁，鉆孔樁樁長13．2m，攪拌樁樁長17m，進(jìn)入⑥⁃1層黏土層2m，基坑圍護結(jié)構(gòu)邊界與地鐵3號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)最小水平凈距10．1m，剖面關(guān)系如圖2所示。本場地勘察深度范圍內(nèi)以淺地基土主要為第四系全新統(tǒng)～中更新統(tǒng)下段沉積地層，參考本項目地勘報告，基底主要位于②層黏土層及③層粉質(zhì)黏土層中。各土層物理力學(xué)性能參數(shù)如表1所示?；铀闹懿贾糜蟹忾]的三軸攪拌樁止水，樁體進(jìn)入⑥層粉質(zhì)粘土層2m，可形成封閉的止水帷幕，基坑開挖施工對周邊地下水位影響較小。

3計算分析

3．1有限元模型建立

結(jié)合項目場地及周邊環(huán)境條件，考慮消除邊界效應(yīng)的影響，計算模型X方向?qū)?85m，Y方向184m，Z方向40m。有限元模型如圖3所示，模型中土層采用修正摩爾庫侖本構(gòu)模型。地面荷載均以20kPa超載形式考慮，上部結(jié)構(gòu)按15kPa每層考慮。模型參數(shù)如表2所示。本次計算按地塊項目后行施工，地鐵結(jié)構(gòu)先行施工考慮。模擬過程共分為7個計算步驟，分別為：初始工況、位移清零、售樓處拆除、圍護樁施工、基坑開挖到底、地下室結(jié)構(gòu)施工和上部結(jié)構(gòu)加載。

3．2計算結(jié)果

采用Midas⁃NX有限元軟件進(jìn)行三維分析計算，計算結(jié)果如表3所示。拆除既有售樓處為卸載影響，區(qū)間隧道最大豎向位移為0．7mm，最大水平位移為0．255mm；圍護樁施工導(dǎo)致區(qū)間隧道產(chǎn)生少量的沉降量，施工完成后隧道最大沉降量為－0．965mm，最大水平位移為－0．492mm；基坑開挖后導(dǎo)致局部地層產(chǎn)生卸載回彈，鄰近左線隧道受基坑開挖影響較大，最大上浮量達(dá)到2．062mm，最大水平位移達(dá)到3．529mm，隧道最大水平收斂為1．19mm，隧道最小變形曲率半徑為170198m，軌道10m差異沉降量為0．946mm，滿足地鐵變形控制指標(biāo)。結(jié)構(gòu)回筑后由于場地內(nèi)荷載的增加，地鐵結(jié)構(gòu)上浮狀態(tài)得到一定程度的改善，區(qū)間隧道上浮量為1．45mm，最大水平位移為2．889mm；上部商業(yè)樓施工后，區(qū)間隧道最終沉降量為1．111mm，最大水平位移為1．197mm，隧道最大水平收斂為0．89mm，軌道10m差異沉降量為0．857mm，變形曲率半徑為177483m，滿足地鐵變形控制指標(biāo)［5］。從計算結(jié)果可知，區(qū)間隧道在整個施工周期內(nèi)產(chǎn)生的最大豎向位移為2．062mm，最大水平位移為3．529mm，經(jīng)復(fù)核隧道變形及軌道平順度可滿足地鐵結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)。

4結(jié)論

基于三維有限元分析方法，本文分析了地鐵安全保護區(qū)內(nèi)地塊施工對鄰近地鐵隧道的影響。1）地塊內(nèi)基坑開挖后導(dǎo)致局部地層產(chǎn)生卸載回彈，鄰近的線隧道受基坑開挖影響較大。大面積深基坑施工時，建議考慮分區(qū)施工。2）地面結(jié)構(gòu)的加載致周邊地層產(chǎn)生一定的沉降量，對隧道10m弦長不均勻沉降和曲率半徑影響較大。地鐵安全保護區(qū)內(nèi)高層結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)采取有效措施減少工后沉降。3）根據(jù)計算結(jié)果，隧道變形及軌道平順度可滿足地鐵結(jié)構(gòu)變形要求。在工程實施前，利用三維有限元分析地鐵保護區(qū)內(nèi)實施項目對地鐵隧道的影響，對后期設(shè)計方案的調(diào)整具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳魯，周瑩，程智偉．深大基坑施工對鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的安全性影響分析［J］．鐵道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，2015（5）：130⁃132．

［2］韓偉，王余鵬．基坑開挖對既有地鐵區(qū)間隧道影響研究［J］．福建建筑，2020（7）：80⁃87．

［3］況龍川．深基坑施工對地鐵隧道的影響［J］．巖土工程學(xué)報，2000（5）：284⁃288．

［4］JGJ120—2012，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程［S］．

［5］CJJ／T202—2013，城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護技術(shù)規(guī)范［S］．

作者：范佳俊 單位：無錫市軌道建設(shè)設(shè)計咨詢有限公司