楊佳春

（上海市政交通設(shè)計研究院有限公司，上海市 200030）

0 引言

我國正處于國民經(jīng)濟的高速發(fā)展期，各城市的交通軌道建設(shè)也是如火如荼。城市隧道基坑往往位于建筑物、地下管線等設(shè)施密集區(qū)，施工過程中易對周邊環(huán)境造成較大的影響，嚴重者會導致臨近建筑物的傾斜、開裂；地下管線的嚴重變形甚至破壞，嚴重影響居民的日常生活。隧道施工造成鄰近天然氣管道泄漏，給、污水管爆裂，通信、電力電纜斷裂等案例較多，對城市居民的生活影響較大，造成的損失和不便更是難以估量。

地下管線作為城市的生命線，其重要性不言而喻，如何準確分析基坑開挖對周邊管線的影響至關(guān)重要。

本文結(jié)合西安某隧道基坑工程實例，利用三維有限元軟件MIDAS GTS對基坑周邊不同管線進行數(shù)值仿真計算，通過對計算數(shù)據(jù)的觀察分析，掌握管線在基坑開挖過程中的位移變化規(guī)律，為隧道基坑周邊管線的合理保護優(yōu)化提供重要依據(jù)[1-4]。

1 工程概況

工程位于西安市高新區(qū)科技八路，工程實施范圍西起河池寨立交，東至高新路南延伸，全線總長6.3 km，其中隧道部分長約4.2 km，見圖1。工程范圍沿線人流密集，早晚高峰期交通擁堵現(xiàn)象嚴重。修建隧道可以重點加強西安市高新區(qū)東西向的通行能力，有效緩解二環(huán)的交通壓力，減輕中心區(qū)路網(wǎng)壓力，同時提高二、三環(huán)區(qū)域的交通快速集散能力，加強區(qū)域聯(lián)系，提高路網(wǎng)的整體運行效能。

圖1 科技八路隧道總體布置圖

科技八路隧道大部分路段為雙向四車道，局部段為雙向6車道，其中雙向4車道的結(jié)構(gòu)斷面寬度為20.4 m，雙向6車道的結(jié)構(gòu)斷面寬度為28.4 m，為有效溝通隧道主線與周邊地面道路的聯(lián)系，隧道沿線共設(shè)置匝道3對，匝道與隧道主線互通段最大寬度為37.6 m，見圖2。

圖2 管線橫斷面布置圖（單位：m）

科技八路為現(xiàn)狀道路，其道路下敷設(shè)的公用管線較多，計有雨水管、污水管、給水管、天然氣管、電力電纜、路燈電纜、通信管線、蒸汽（熱力）管線等等。為便于隧道的有效實施，對部分管線進行臨時改遷，部分管線進行永久改遷，結(jié)合此次改遷方案，本文選取其中一段進行施工期的管線位移影響分析。

隧道采用支護開挖，基坑開挖深度約11 m，圍護樁選用直徑1 m的鉆孔灌注樁，支撐選用?609鋼管，鋼管壁厚16 mm，共2道。管線種類及與基坑相對位置見表1。

表1 管線種類及與基坑相對位置

工程場地屬沖洪積平原，為城市中心地段。地下水位埋深較深，介于10.00～28.50 m之間，土層分別見表2。

表2 土層分布及其物理力學參數(shù)

2 數(shù)值模擬

2.1 模型建立

根據(jù)一般工程經(jīng)驗，基坑開挖影響寬度約為基坑開挖深度的3～5倍，影響深度約為開挖深度的2～4倍?？紤]西安地區(qū)土層分布以砂土和硬粘土為主，沉降范圍約在2倍開挖深度內(nèi)，同時結(jié)合本處隧道的斷面尺寸及變形縫設(shè)置間距，計算模型尺寸為54 m×30 m×33 m，見圖3。

圖3 網(wǎng)格劃分圖

采用邁達斯GTS作為基坑開挖對鄰近管線位移分析的有限元計算軟件。土體采用莫爾-庫倫為屈服準則的理想彈塑性本構(gòu)模型，鄰近管線按照各自材料屬性輸入，見表3。

表3 鄰近管線材料屬性

模型計算中，模型的邊界約束條件假設(shè)為左右兩側(cè)邊界不發(fā)生水平位移，下部邊界不發(fā)生水平和垂直位移，上部邊界為自由邊界。利用MIDAS GTS的單元生死功能模擬基坑開挖過程。由于西安市的地下水位相對較低，本次計算不考慮水對初始應力的影響。

2.2 結(jié)果分析

根據(jù)MIDAS GTS計算結(jié)果，各管的位移見表4。

表4 鄰近管線材料屬性

3 結(jié)論

從MIDAS GTS的計算結(jié)果來看，管線的位移主要取決于管線的埋深、管線與基坑邊的距離、管線的材質(zhì)等因素。

總的來說，基坑開挖過程中產(chǎn)生的水平位移大于豎向位移；管線離基坑越近，水平位移和豎向位移就越大；管線埋深越深，豎向位移就越?。还芫€的彈性模量越大，水平位移和豎向位移就越小。

為保證基坑開挖過程中各類市政管線的安全性得到有效保障，在今后的設(shè)計和施工過程中還應和基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)相配合。