高宗祥，王海君，陳 剛

(1.中鐵十四局集團隧道工程有限公司，山東 濟南 250000；2.中鐵建華南建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引 言

近年來，隨著我國城市交通的發(fā)展，城市地鐵過江隧道工程越來越普遍[1]。過江隧道有可能需要從江心洲下方穿過，盾構(gòu)施工引起的土體擾動不可避免地會導(dǎo)致江心洲上堤岸防護工程及建筑物發(fā)生沉降，對結(jié)構(gòu)安全造成影響。

對于盾構(gòu)隧道穿江工程背景下的影響問題，國內(nèi)外學(xué)者結(jié)合工程實測數(shù)據(jù)進行了相關(guān)研究，肖龍鴿等[2]結(jié)合武漢長江隧道工程，分析了盾構(gòu)推進過程對周邊環(huán)境的影響，并總結(jié)了地表沉降控制及災(zāi)害事故預(yù)防的措施。吳世明等[3]結(jié)合杭州過江隧道穿越防洪大堤的工程實例，闡述了水底盾構(gòu)隧道穿越堤防的風(fēng)險源及相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。張亞洲等[4]利用有限差分軟件對盾構(gòu)隧道穿江過程進行了數(shù)值模擬，分析了盾構(gòu)施工對堤岸地層變形的影響。

以廣州地鐵18#線過江盾構(gòu)隧道下穿江心洲為項目背景，采用數(shù)值分析方法分析隧道盾構(gòu)施工對江心洲堤岸防護工程及建筑物的影響。

1 工程概況

廣州地鐵18#線琶洲西區(qū)站—冼村站隧道為盾構(gòu)段隧道，線路以S彎形式穿過珠江，盾構(gòu)管片內(nèi)徑為7 700 mm，管片厚度為400 mm，環(huán)寬為1 600 mm。隧道在正下方穿過某江心洲，江心洲上主要結(jié)構(gòu)物為鉆孔灌注樁堤岸支護、重力式沉箱堤岸及樓房建筑物，堤岸混凝土灌注樁長約19 m，樓房建筑物混凝土灌注樁長約9～12 m，樁基與隧道管片最小凈距約為14 m。

2 工程地質(zhì)條件

對隧道區(qū)間工程場地處的鉆孔柱狀圖進行分析，得到最不利鉆孔柱狀圖，該處地質(zhì)從地面往下依次為2.63 m的雜填土<1-1>，6.2 m的淤泥質(zhì)粉細砂<2-2>，6.8 m的可塑狀碎屑巖殘積土<5N-1>，3.1 m的全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖<6>，1.4 m的強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖<7-3>，5.6 m的中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖<8-3>，以下是微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖<9-3>。盾構(gòu)隧道洞身全部處于中風(fēng)化及微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖中，且洞身上方有約13 m的風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

3 三維數(shù)值模型的建立

根據(jù)江心洲和盾構(gòu)隧道的空間立體關(guān)系，運用有限元分析軟件midas GTS建立三維有限元計算模型，模型水平范圍取隧道底埋深的3倍，模型示意圖如圖1、圖2所示。三維有限元計算模型的邊界條件為：約束模型底部x、y、z方向，模型前后面y方向，模型左右面x方向，約束樁的z方向旋轉(zhuǎn)(Rz)，減少模型自由度，以避免模型計算錯誤。盾構(gòu)隧道施工的主要模擬流程為：初始應(yīng)力場分析，盾構(gòu)機掘進，管片拼裝。

圖1 三維有限元整體模型

圖2 三維有限元模型細部圖

三維有限元計算模型中的地層主要根據(jù)地鐵區(qū)間附近的工程地質(zhì)資料及工程經(jīng)驗適當(dāng)進行簡化，土層及結(jié)構(gòu)材料參數(shù)依據(jù)相關(guān)設(shè)計施工圖紙資料確定。盾構(gòu)隧道管片使用板單元模擬，堤岸防護工程灌注樁簡化為地連墻采用板單元模擬，沉箱采用板單元模擬，房屋建筑樁基礎(chǔ)采用植入式梁單元模擬。各材料參數(shù)取值見表1所示。

表1 材料參數(shù)取值表

4 主要結(jié)果分析

盾構(gòu)隧道下穿江心洲段后，重力式沉箱防護堤岸位移云圖如圖3所示，最大總位移為0.22 mm，最大水平位移為0.15 mm(Tx)、0.17 mm(Ty)，最大豎向位移為0.17 mm。灌注樁防護堤岸位移云圖如圖4所示，最大總位移為0.26 mm，最大水平位移為0.15 mm(Tx)、0.17 mm(Ty)，最大豎向位移為0.20 mm。堤岸防護工程最大位移值均小于《廣東省建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》(DBJ/T15—20—2016)[5]位移控制值30 mm。

圖3 重力式沉箱防護堤岸位移云圖

上部建筑物樁基樁頂位移見表2所示。隧道下穿過程中各棟建筑物樁頂最大位移均小于0.5 mm，最大沉降差均小于1 mm，如圖4所示，滿足《廣東省建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(DBJ 15—31—2016)[6]以及《城市軟土基坑與隧道工程對臨近建(構(gòu))筑物影響評價與控制技術(shù)指南》(CCES 03—2016)[7]的建筑物位移控制值。

圖4 灌注樁防護堤岸位移云圖

表2 各樁樁頂位移匯總表 單位：mm

5 結(jié) 論

針對地鐵盾構(gòu)隧道下穿江心洲，采用數(shù)值模擬方法分析了隧道盾構(gòu)施工對上部江心洲堤岸防護工程及建筑物的影響，得出以下結(jié)論。

盾構(gòu)隧道下穿誘發(fā)堤岸防護工程最大總位移為0.26 mm，小于規(guī)范的位移控制值，表明盾構(gòu)隧道下穿不影響堤岸防護工程。

盾構(gòu)隧道下穿過程中各棟建筑物樁頂最大位移均小于0.5 mm，最大沉降差均小于1 mm，滿足規(guī)范要求的建筑物位移控制值，表明盾構(gòu)隧道下穿不危及上部建筑結(jié)構(gòu)安全。