徐禮閣

摘要：隨著近幾年全國大中城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，城市地下形成密集地鐵網(wǎng)絡(luò)的同時也給其他地下空間的開發(fā)帶來新的難題。鄰近運營地鐵線路的基坑開挖成為新的熱點。分析土方開挖對盾構(gòu)區(qū)間回彈變形和管片附加應(yīng)力的影響，并采取相關(guān)控制措施成為該類基坑工程施工控制的關(guān)鍵。本文介紹了某項目上跨地鐵隧道的地下通道的開挖方法，運用MIDAS/GTS進行三維建模計算分析，模擬完整的施工流程，并分析各工況下隧道的變形和應(yīng)力發(fā)展。最后得出結(jié)論為判斷施工方法的合理性提供依據(jù)。期待本文為日漸增多的同類工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：基坑開挖； 地鐵區(qū)間； MIDAS； 位移；應(yīng)力

1、工程概況

某地下空間工程設(shè)置6條橫通道連接南、北兩側(cè)的地下空間，需上跨正在運營中的地鐵二、七號線上方。其中1#、2#通道上跨地鐵二號線明挖段， 1#通道基坑底距離地鐵二號線明挖段結(jié)構(gòu)頂0.445米，通道結(jié)構(gòu)外凈寬9.9米。2#通道基坑底距離地鐵二號線明挖段結(jié)構(gòu)頂1.59米，通道結(jié)構(gòu)外凈寬為11.2米。5#通道利用現(xiàn)狀某下沉道路底板作為地下空間底板，無需開挖。3#、4#、6#通道上跨地鐵二號線左、右線和地鐵七號線左線盾構(gòu)隧道。其中3#通道與地鐵隧道之間凈距最近，基坑底部與地鐵隧道頂板凈距為4.6米，結(jié)構(gòu)外凈寬11.6米。設(shè)計方案采用土體加固和1：1放坡開挖，本文將重點研究3#通道開挖卸載引起的基坑下臥土體位移和地鐵豎向位移以及盾構(gòu)隧道應(yīng)力的影響。

2、計算分析

2.1地層參數(shù)

依據(jù)該項目詳細巖土工程勘察報告，選取3#通道基坑所在位置的49號鉆孔，其地層參數(shù)如表1所示。

2.2模型建立

本文采用MIDAS/GTS/NX（Geotechnical and Tunnel Analysis System）有限元分析軟件。根據(jù)彈性力學(xué)厚壁圓筒理論、有限元原理和工程經(jīng)驗，基坑開挖對周圍土體和建筑物的影響范圍大致為3～5倍開挖寬度，因此有限元模型橫向?qū)挾仍O(shè)為54m ，沿線路縱向長度為60m，按實際埋深取至地表，距二號線地鐵底部往下取約四倍洞徑（D=6m），二、七號線地鐵隧道拱頂距基坑底部距離為4.772m。二、七號線地鐵、3#通道基坑位置如圖2。計算模型的邊界條件上部為自由邊界，底部Z方向均受到約束，其余四個側(cè)面為法向約束邊界。

該三維數(shù)值分析中有如下基本假定：

（1）地層土體材料特性按均質(zhì)彈塑性考慮，采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則；

（2）地鐵二襯和鋼筋混凝土壓板采用彈性模型；

（3）假定地表和各土層均成勻質(zhì)水平分布；

（4）地應(yīng)力場由重力自動生成，不考慮地下水位的變化；

有限元模擬的施工程序如下：

（1）初始應(yīng)力場，位移清零 ；

（2）施工地鐵二號線、七號線；

（3）按1：1坡度放坡開挖至坑底；

（4）施工通道主體結(jié)構(gòu)。

3、計算結(jié)果分析

基坑開挖土體卸荷使地鐵隧道下部土體隆起，隧道隨之隆起。地鐵隧道局部結(jié)構(gòu)剛度比土體大很多，但對于柔性襯砌而言，長段隧道的整體變形剛度較小。在小變形的情況下，地鐵隧道位移和土層位移基本一致，滿足位移相容假設(shè)。

3.1基坑豎向位移T1

由計算結(jié)果可知放坡開挖到坑底時為坑底隆起的最大值，即有限元施工工況3，其坑底隆起值約為2.7mm左右。

3.2 地鐵結(jié)構(gòu)豎向位移T1

放坡開挖到坑底時為地鐵隆起的最大值，即有限元施工工況3，依據(jù)計算結(jié)果管片的豎向位移值約為1.2mm左右。

3.3地鐵結(jié)構(gòu)應(yīng)力

地鐵隧道管片在工況三、四情況下，X向、Y向應(yīng)力最大值分別為SXX=-13.4MPa，SYY=-5.58MPa，均遠小于管片C50混凝土設(shè)計抗壓強度設(shè)計值23.1MPa。因此，地鐵隧道管片X向、Y向應(yīng)力變化，不會對隧道結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生影響。

4、結(jié)論

根據(jù)以上模型計算分析可知，基坑下臥土體位移和地鐵豎向位移主要是由于開挖卸載引起。其結(jié)果如表2：

本文通過三維計算分析獲得的3#聯(lián)絡(luò)通道施工過程中，地鐵結(jié)構(gòu)的最大豎向位移和管片應(yīng)力。負(fù)荷施工安全控制要求。時間施工過程加強監(jiān)測，成功完整改項目。

參考文獻

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