常 岐

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

0 引言

隨著地下空間開(kāi)發(fā)的深入進(jìn)行，城市軌道交通得到了迅速的發(fā)展，在我國(guó)軟土地區(qū)修建的地鐵多采用盾構(gòu)法施工，而在城市地區(qū)，地下空間的利用較為發(fā)達(dá)，盾構(gòu)下穿過(guò)程中，一方面會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生擾動(dòng)，造成變形，另一方面，當(dāng)盾構(gòu)近距離穿越地下管線、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、人行通道等時(shí)也有可能誘發(fā)結(jié)構(gòu)損害而導(dǎo)致使用性能受到影響［1-4］，如何采取有效措施減少盾構(gòu)下穿對(duì)相鄰構(gòu)筑物的影響是急需解決的問(wèn)題，文中通過(guò)數(shù)值模擬，得到了盾構(gòu)下穿人行通道過(guò)程造成的位移沉降變化規(guī)律，為相關(guān)工程提供了技術(shù)積累。

1 分析模型的建立

1.1 工程概況

人行通道外包尺寸為9.0m×4.5m，頂板覆土2m，底板底距離盾構(gòu)頂部約2.4 m，通道主箱共分兩段，每段長(zhǎng)約16 m，地道圍護(hù)結(jié)構(gòu)為混凝土板樁，寬0.5 m，厚0.25 m，盾構(gòu)機(jī)為大型土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，根據(jù)通道與在建隧道的關(guān)系，盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中，盾構(gòu)軸線兩側(cè)各8 m的板樁須清除，數(shù)值計(jì)算時(shí)不考慮板樁，工程范圍內(nèi)的土層參數(shù)如表1所示。

1.2 分析模型

本次模擬根據(jù)工程實(shí)際情況，并考慮施工的影響范圍，模型尺寸取值如下:人行通道的長(zhǎng)度取32 m，盾構(gòu)對(duì)隧道從人行道向兩端各取40 m(20環(huán))。隧道底部向下取20 m，隧道上覆土層按照實(shí)際取值。

模型的邊界條件為:前、后邊界面(Z向)取Z向固定位移約束，左、右邊界面(X向)取X向固定位移約束，底面(Y向)取Y向固定位移約束，土層中的應(yīng)力場(chǎng)取為自重應(yīng)力場(chǎng)。

模型中土層參數(shù)按照表1中所給數(shù)據(jù)取值，土層采用彈塑性實(shí)體單元模擬，人行通道襯砌和隧道襯砌采用彈性殼單元模擬，模型如圖1所示。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

1.3 施工過(guò)程模擬

根據(jù)管片的寬度(2 m)確定如下的過(guò)程模擬情況:首先在推進(jìn)到人行通道影響區(qū)內(nèi)(360環(huán))之前按照5環(huán)每步的速度模擬，進(jìn)入影響區(qū)后(360環(huán)～365環(huán))按照3環(huán)，2環(huán)的推進(jìn)速度模擬。影響區(qū)內(nèi)(365環(huán)～375環(huán))的計(jì)算按照每一環(huán)計(jì)算一次模擬，遠(yuǎn)離影響區(qū)時(shí)的計(jì)算分步和前面相同，掌子面推進(jìn)至390環(huán)，模型貫通，整個(gè)過(guò)程分為18個(gè)施工步完成。人行通道和盾構(gòu)隧道的位置關(guān)系如圖2所示。

圖1 模型圖

圖2 人行通道與盾構(gòu)隧道位置關(guān)系圖

2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

圖3給出了盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)到不同位置時(shí)刻，人行通道中軸線縱剖面的沉降變化情況。

可見(jiàn)，盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)時(shí)必然引起地層損失，使地層應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，一方面當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)到通道下方時(shí)，隧道襯砌剛度與原始土層差別較大加之隧道自身的沉降，引起通道產(chǎn)生位移，另一方面，盾構(gòu)機(jī)距離通道位置不同時(shí)，通道處土體受擾動(dòng)的情況不同引起的位移變化也不同。取圖3中靠近中線的一側(cè)節(jié)點(diǎn)(人行通道底部，編號(hào)M)的位移情況統(tǒng)計(jì)如圖4所示。圖4為測(cè)點(diǎn)位移增量圖，可以看到，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)到約360環(huán)時(shí)測(cè)點(diǎn)開(kāi)始隆起，約375環(huán)時(shí)，隆起達(dá)到最大值，而370環(huán)時(shí)盾構(gòu)機(jī)達(dá)到通道正下方，這一點(diǎn)正體現(xiàn)了盾尾后注漿的施工工序。當(dāng)盾構(gòu)靠近通道時(shí)，由于注漿壓力及土倉(cāng)壓力的作用，通道底部受力向上產(chǎn)生位移，隨著盾構(gòu)的推進(jìn)，隧道產(chǎn)生位移從而使人行通道出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3 主要研究結(jié)論

針對(duì)盾構(gòu)下穿人行通道的工程實(shí)例，建立了三維模型，通過(guò)模擬盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)、管片拼裝過(guò)程，分析了人行通道的沉降位移變化規(guī)律，由分析結(jié)果可知，當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)到通道附近時(shí)，盾構(gòu)注漿壓力以及土倉(cāng)壓力作用改變了原始地層應(yīng)力，通道底部受到向上的作用力，表現(xiàn)為隆起;盾構(gòu)推過(guò)通道截面一段時(shí)間后，隆起量達(dá)最大，這是由于盾尾注漿的滯后性所致，隨著盾構(gòu)的推進(jìn)，通道逐漸產(chǎn)生下沉，這是由于盾構(gòu)隧道沉降以及土層壓縮的結(jié)果。

圖3 不同時(shí)刻人行通道縱剖面位移云圖

圖4 測(cè)點(diǎn)M豎向位移圖

可見(jiàn)，采取有效措施控制盾構(gòu)隧道的沉降有利于減少盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)鄰近構(gòu)筑物產(chǎn)生的沉降影響。

［1］劉寶琛，林德璋.淺部隧道開(kāi)挖引起的地表移動(dòng)和變形［J］.地下空間，1983(7):1-7.

［2］孫 均.市區(qū)基坑開(kāi)挖施工的環(huán)境土工問(wèn)題［J］.地下空間，1999，19(4):257-265.

［3］劉建航，侯學(xué)淵.盾構(gòu)法隧道［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1991.

［4］張慶賀，柏 炯.上海軟土盾構(gòu)法隧道的理論與實(shí)踐［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，26(4):387-392.