龔呂雄

摘要： 筆者在本文中將區(qū)間隧道上方的部分施工路段作為相關(guān)的研究材料，通過(guò)使用Midas NX這款有限元的軟件來(lái)建立一個(gè)有限元的模型，主要研究的對(duì)象是建立在深厚土層中路基堆載對(duì)于地鐵盾構(gòu)去間中的隧道變形情況。在這個(gè)模型的建立過(guò)程中，充分的考慮到對(duì)流固耦合作用下軟土的變形特性對(duì)于整個(gè)復(fù)合地基中加固處理的效果。從整個(gè)建模的結(jié)果來(lái)看：在沒(méi)有提前采用加固處理的情況之下，軟土地基的堆載對(duì)于整個(gè)隧道周邊都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的影響;對(duì)于深厚的軟土進(jìn)行加固，往往采用的方法就是CFG樁+水凝土攪拌樁的方式，在完成復(fù)合地基的之后對(duì)于整個(gè)的變形控制標(biāo)準(zhǔn)而言可以進(jìn)一步的加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：深厚軟土;盾構(gòu)隧道;數(shù)值模擬;路基堆載;復(fù)合地基

1 前言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程日益加快，基礎(chǔ)的城市配套設(shè)施也在不斷的完善，地鐵等相關(guān)的交通設(shè)施建設(shè)也是在如火如荼的開(kāi)展之中。但與之而來(lái)的就是地下建筑物的增加，隨著地鐵修建的增多，地下施工工作也在不斷的進(jìn)行，其中有一些施工的具體位置在隧道附近，這些工作對(duì)于整個(gè)地鐵隧道安全而言具有非常嚴(yán)重的影響。眾所周知，對(duì)于整個(gè)的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)而言，地面堆積往往會(huì)對(duì)其造成縱向或者是環(huán)向，甚至出現(xiàn)變形以及接縫張開(kāi)等問(wèn)題。這些問(wèn)題對(duì)于整個(gè)隧道安全而言，影響都是很大的。

2 路基盾構(gòu)隧道工程的相關(guān)研究現(xiàn)狀

此前有很多的專家對(duì)于隧道發(fā)生的豎向不均勻變形的原因進(jìn)行相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)主要的原因就是因?yàn)樵谒淼赖闹苓?，其所承?dān)的荷載發(fā)生了巨變，同時(shí)對(duì)隧道出現(xiàn)豎向變形的原因和機(jī)理進(jìn)行了闡述。其中在上海地區(qū)的軟土地層地鐵隧道主要施工方法采用的就是盾構(gòu)法的施工方法，采用了這種施工方法，一旦隧道整體的縱向或者橫向的變形過(guò)大就會(huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響。

國(guó)際隧道協(xié)會(huì)曾在2000年發(fā)布過(guò)盾構(gòu)法隧道設(shè)計(jì)的相關(guān)指導(dǎo)意見(jiàn)，其中更是將隧道的豎向變形對(duì)于隧道的整體影響寫入到了荷載類別中去，把它歸類為特殊荷載。美國(guó)運(yùn)輸協(xié)會(huì)也曾在其年度報(bào)告中指出，軟土變形會(huì)直接導(dǎo)致軟土地層中的隧道和管道的損害。因此，要想從本質(zhì)上確保隧道使用的安全性，就必須要從地面卸載對(duì)于整個(gè)盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)變形影響來(lái)進(jìn)行相關(guān)的研究。

就目前的相關(guān)資料來(lái)看，很對(duì)研究人員的研究主要是關(guān)于基坑開(kāi)挖以及新建隧道的施工來(lái)進(jìn)行的，而對(duì)于盾構(gòu)結(jié)構(gòu)在地面堆載下的受力情況下變形而進(jìn)行的相關(guān)研究還不是很多。因此，在本文之中筆者主要就是針對(duì)福建地鐵6號(hào)線上方施工城市的快速路作為研究的背景。對(duì)整個(gè)的軌道交通建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理的辦法進(jìn)行研究，并且也通過(guò)有限元建模分析了盾構(gòu)隧道手路基堆載的影響，對(duì)堆載引起的盾構(gòu)隧道變形的原因也進(jìn)行了分析。該成果也為軟土地層盾構(gòu)周邊堆載情況下的變形機(jī)理及整治對(duì)策研究提供了一定的參考。

3 路基與盾構(gòu)隧道工程概況

以福州城市的綜合性主干道為例，道慶路（峽漳路至漳江路）為雙向六車道，整個(gè)道路寬52米，整體的設(shè)計(jì)時(shí)速在60km/h以上。在福州市的軌道交通系統(tǒng)之中，6號(hào)線是其主要線路，全程途徑福州機(jī)場(chǎng)、濱海新城、長(zhǎng)樂(lè)以及東部新城等地，是福州市城市整體東進(jìn)的龍頭項(xiàng)目之一，對(duì)城市沿江海發(fā)展，引導(dǎo)和支持長(zhǎng)樂(lè)、濱海新城的建設(shè)有著非常重要的意義。其中道慶路與福州地鐵六號(hào)線的鶴上站-萬(wàn)壽站的路線有著很強(qiáng)的一致性。

從整體的隧道建設(shè)情況來(lái)進(jìn)行分析，該路段的主要地貌單元是沖海積-海陸交互平原，整體的地形都是較為的平坦，整體的海拔變化不大，地理結(jié)構(gòu)從上到下分別包含了泥細(xì)中砂，淤泥質(zhì)土，粉質(zhì)黏土以及全風(fēng)化花崗巖。

4 地鐵變形控制標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于這種有地鐵盾構(gòu)隧道變形的結(jié)構(gòu)，我們的主要關(guān)注的是有兩個(gè)，其中一個(gè)關(guān)于隧道的最多戰(zhàn)許變形值，這些變形值會(huì)直接對(duì)豎向沉降、扭轉(zhuǎn)以及傾斜等造成嚴(yán)重的影響，這些直接反應(yīng)了已存在隧道結(jié)構(gòu)的安全問(wèn)題;而另一個(gè)我們主要關(guān)注的內(nèi)容就是既有隧道的最大戰(zhàn)許變形速率。因此，我們?cè)趯?duì)既有隧道進(jìn)行變形控制時(shí)，主要側(cè)重在對(duì)沉降控制值、沉降速率控制值、不均與沉降控制值、結(jié)構(gòu)傾斜控制值以及結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)控制值等方面。

從《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)》中的相關(guān)條款中我們可以看出，在城市軌道交通結(jié)構(gòu)方面的安全控制指標(biāo)有很多的具體要求，這些都可以用來(lái)作為確定隧道的容許變量的重要依據(jù)。具體規(guī)格如表1所示：

5 軟土地層上方堆載的變形特性分析

由于整個(gè)的盾構(gòu)路線的中心線基本上都會(huì)沿著路基的中心線來(lái)穿過(guò)，因此，對(duì)于相關(guān)模型的分析我們需要做到平面應(yīng)變，具體的操作方法就是使用MIDAS GTS-NX這一款軟件來(lái)對(duì)其進(jìn)行具體的分析，并結(jié)和路基堆載的詳細(xì)條件來(lái)預(yù)測(cè)地鐵盾構(gòu)隧道的詳細(xì)變形情況。

設(shè)計(jì)人員實(shí)地考察施工場(chǎng)地之后，建立具體的模型，在進(jìn)行具體的路基堆載模型建立時(shí)，我們往往會(huì)采用實(shí)際路基寬度的3-4倍進(jìn)行模擬，整體的深度是實(shí)際隧道底部標(biāo)準(zhǔn)的2.5倍以上，然后再根據(jù)工程中的實(shí)際尺寸來(lái)確立模型尺寸為167m × 55m，整個(gè)的模型單元共含有37068個(gè)，模型的單元節(jié)點(diǎn)有35740個(gè)，當(dāng)堆載完成時(shí)的有限元模型及相關(guān)的網(wǎng)格劃分。（如圖1所示）

在上圖中，我們所采用的模擬堆載高度是實(shí)際工程之中最不利的情況，為5米，一共為兩層堆載。整個(gè)的模型邊界條件為：底部約束水平和豎向的位移，兩側(cè)約束法位移，頂部自由。

在建立該模型時(shí)，我們就假定整個(gè)的圖層與填土都采用的是Mohr-Coulomb的彈塑性本構(gòu)造模型，對(duì)于設(shè)計(jì)的整個(gè)盾構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)采用的是彈性材料的模擬，在地鐵隧道管片混泥土的結(jié)構(gòu)之中通過(guò)使用環(huán)向的螺荔來(lái)降低整個(gè)管片的剛性強(qiáng)度。因此，整個(gè)的管片結(jié)構(gòu)的彈性模量可以按照混泥土材料的彈性模量來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p。

6 綜合方案加固軟基的效果分析

為了保障整個(gè)的堆載可以在軟土層中的變形不超相關(guān)市級(jí)規(guī)定的限定值，在本項(xiàng)目之中，我們采取了一個(gè)較為綜合的反感來(lái)對(duì)整個(gè)隧道周邊的地層，進(jìn)行了相關(guān)的加固以形成較為良好的地基。該項(xiàng)工程所采用的主要措施就是將盾構(gòu)類化3米以作布設(shè)GFC樁行訂長(zhǎng)的3米規(guī)持，作為布設(shè)的水泥土策協(xié)樁，在使用CFG樁時(shí)樁寬，嵌入粉質(zhì)黏土層可達(dá)3米，CFG樁的直徑可以達(dá)到0.5米，相間的間距可以達(dá)到2米，在樁頂?shù)耐翆又g可以每隔20厘米設(shè)立一層土工格柵，環(huán)布可以設(shè)置為三層。

7 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)整個(gè)的軟土路基堆載情況下對(duì)于既有的軌道變形進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)切充分的分析，得出了一些行之有效的方法，可以運(yùn)用到城市軌道交通的隧道具體建設(shè)之中去，其對(duì)于整個(gè)既有隧道穩(wěn)定性以及安全性都起到了有利影響。同時(shí)，相關(guān)建筑施工技術(shù)人員應(yīng)不斷進(jìn)行技術(shù)的探索與革新，根據(jù)施工地的具體情況，綜合分析，權(quán)衡利弊，進(jìn)而進(jìn)行有效的施工方案設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂荔炫.軟土路基堆載下既有隧道變形特性分析[J].路基工程，2019（03）：125-129.

[2]肖明清，門燕青，孫連勇，廖少明.軟土盾構(gòu)隧道縱向應(yīng)力松弛規(guī)律的數(shù)值分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2018，55（S2）：544-551.

[3].深厚軟土層地鐵盾構(gòu)隧道修建與變形復(fù)位技術(shù)[J].建設(shè)科技，2017（20）：40-41.