■雷開亮 張凱

（1中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司陜西西安710016；2機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司陜西西安710043）

土方回填對地鐵隧道安全性影響研究

■雷開亮1張凱2

（1中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司陜西西安710016；2機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司陜西西安710043）

西安市半坡國際廣場利用工程位于地鐵一號線半坡站附近，土方回填對地鐵一號線半坡站的安全影響極為重要，保證地鐵車站的安全是項目成立的前提條件。本文采用三維數(shù)值模擬軟件對施工過程進行模擬，動態(tài)分析土方回填過程中盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的變形發(fā)展，并評估盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，得出土方回填對地鐵一號線半坡車站的安全性影響評估結(jié)論。

土方回填 地鐵隧道 數(shù)值模擬 安全影響

1 引言

地基土的回填直接對周邊土層的產(chǎn)生擾動，從而將內(nèi)力和變形傳遞到隧道洞室上，影響其安全使用狀態(tài)。由于西安地鐵的重要地位，在周邊進行地下空間開發(fā)建設(shè)對其安全影響分析受到各方的重要關(guān)注，并成為項目是否可行的關(guān)鍵。

2 工程概況

2.1 西安地鐵一號線概況

西安地鐵第二條開工的線路，于2013年09月投入運營，全長約25.40公里，設(shè)19座地下車站。線路西起位于未央?yún)^(qū)的后衛(wèi)寨站，東至位于灞橋區(qū)的紡織城站。

2.2 工程概況及回填方案

本工程與地鐵一號線半坡站最近距離約50m浐， 河站～半坡站區(qū)間在景觀廣場正下方穿過。

土方回填項目與一號線 浐河站～半坡站區(qū)間平面關(guān)系見下圖1，圖中半坡國際廣場項目景觀廣場分為左右兩部分，右側(cè)區(qū)域（藍色部分）進行了土方回填，最大回填厚度約5.25m。紫色區(qū)域為局部扶梯基坑，該處比原地面標高降低約2m，四周設(shè)置擋墻，場地范圍內(nèi)最大回填厚度約5.25m。

圖1 半坡國際廣場項目與 浐～半?yún)^(qū)間平面關(guān)系圖

2.3 工程地質(zhì)條件

據(jù)勘探揭露，本區(qū)間地層自上而下依次為第四系全新統(tǒng)人工填土，沖積黃土狀土、粉質(zhì)黏土、粗砂、圓礫土、卵石土，上更新統(tǒng)風積新黃土，中更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土、粗砂、圓礫土、卵石土等構(gòu)成。實測場地地下水穩(wěn)定水位埋深介于7.10～12.50m之間，相應(yīng)標高為396.75～398.57m，屬潛水類型。場地地下水位上黃土具濕陷性。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004），屬非自重濕陷性黃土場地。

3 土方回填對隧道影響的數(shù)值分析

3.1 數(shù)值分析概況

采用美國專業(yè)巖土軟件FLAC3D進行模擬計算，考慮到數(shù)值模擬邊界效應(yīng)的影響，計算模型適當外擴和放大，最終模型大小為100m×180m×50m（X、Y、Z方向）。

3.2 計算參數(shù)的選取

土體材料本構(gòu)模型采用莫爾庫倫理想彈塑性本構(gòu)模型，各參數(shù)均根據(jù)現(xiàn)場勘查結(jié)果取值。

各土層參數(shù)最終取值如下表所示。

表1 各地層物理力學參數(shù)計算選取值

初期支護結(jié)構(gòu)的各力學參數(shù)如表2。

表2 襯砌結(jié)構(gòu)力學參數(shù)計算選取值

3.3 地基土回填對地鐵隧道安全影響分析

計算中，兩條縱向的地下盾構(gòu)隧道等代層為實體單元，襯砌管片為殼結(jié)構(gòu)單元。模擬從盾構(gòu)施工一直到土方回填的整個過程結(jié)束后的土體位移情況。盾構(gòu)模擬為循環(huán)開挖，每環(huán)管片1.5m。土方回填采用從1m～5m逐步增加，動態(tài)模擬整個施工過程。

圖2 全部回填后地層豎向位移

圖3 全部回填后盾構(gòu)襯砌變形

將盾構(gòu)結(jié)構(gòu)隨著土方回填的變形結(jié)果匯總?cè)缦拢?/p>

表3 盾構(gòu)襯砌最大變形統(tǒng)計表

計算結(jié)果表明，隨著土方回填的增加，盾構(gòu)襯砌的彎矩、軸力、剪力遞增。當土方全部回填后，盾構(gòu)襯砌的最大彎矩為127.3kN.m，最大軸力為668kN。

分析得出，當土方回填2m時，通過斷面分析隧道沿縱向每10m差異沉降最大值為1.6<0.04%Li，滿足要求；當回填土高度達到5m時，隧道差異沉降最大值為5.064>0.04%Li，不滿足沉降要求，但經(jīng)驗算，滿足受力要求。

4 結(jié)論

三維數(shù)值模擬計算結(jié)果顯示：全部施工完成后，地面最大沉降30mm左右，以固結(jié)沉降為主；盾構(gòu)隧道頂最大沉降為20mm，盾構(gòu)隧道底最大沉降為17.5mm，差異值很小；全部施工完成后，沿隧道縱向沉降差很小，隧道變形曲率半徑很大，遠大于15000m，滿足相關(guān)要求。全部施工完成后，盾構(gòu)襯砌的最大彎矩為127.3kN.m，最大軸力為668kN，經(jīng)驗算，滿足受力要求。

所以本項目上覆土回填完成后，會對地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形產(chǎn)生影響，但這些影響尚在安全范圍內(nèi)。各項變形及差異變形滿足控制標準要求。因此綜合判定地基土回填不會對地鐵結(jié)構(gòu)造成安全影響。

[1]謝明.地下空間開發(fā)對下方鐵路隧道安全影響分析 [J].地下空間與工程學報，2013,(9):1449-1456.

[2]張麗娟，孫巍，謝明，等.豎向近距離卸載對既有隧道影響的數(shù)值分析 [J].地下空間與工程學報，2010，6 (增 1):1408-1412.

[3]杜文考,趙建華.土方回填夯實質(zhì)量對建筑物的影響 [J].內(nèi)蒙古科技與技術(shù)，2007， (8):357.

U45[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-481-1

雷開亮（1987～），男，本科，研究方向為地下空間與隧道工程設(shè)計。