楊瑩瑩

重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，中國·重慶 400074

基于重慶市某實際工程，運用Midas/GTS 建立了數(shù)值模型，得到了新建項目對臨近隧道結(jié)構(gòu)的影響。論文主要分析了基礎(chǔ)施作以及施加外荷載兩種工況下隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形情況。

Midas/GTS 數(shù)值模型；隧道襯砌；變形影響

1 引言

近年來，Midas/GTS 被廣泛應(yīng)用于分析基坑工程施工對周邊建筑的影響以及邊坡工程的設(shè)計、優(yōu)化等問題[1]。論文以重慶市某實際工程為依托，采用Midas/GTS 數(shù)值分析軟件建立了有限元結(jié)構(gòu)模型，分析了該擬建工程在不同工況下對已有臨近隧道的變形影響。這一模擬分析在一定程度上為施工安全提供了保障，同時，也為今后其他類似工程的數(shù)值模擬提供了參考。

論文以重慶某工程項目為依托，利用Midas/GTS 建立三維數(shù)值分析模型，分析樁基施做工況、施加上部結(jié)構(gòu)荷載工況下對臨近既有隧道結(jié)構(gòu)的變形影響進(jìn)行分析，為今后的新建項目對臨近既有隧道的影響分析提供借鑒。

2 工程概況

該項目為重慶某住宅樓新建工程，項目占地面積37355.0m2，總建筑面積為72906.86m2，其中地上面積為29800.00m2，地下建筑面積43106.86m2。本項目建筑基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)和獨立基礎(chǔ)，部分為條基。樁基礎(chǔ)底標(biāo)高為344.9～349.7m，樁基礎(chǔ)直徑為0.9m，長度為4.8m。獨立基礎(chǔ)底標(biāo)高為348.2～353.7m。部分基礎(chǔ)結(jié)合承臺結(jié)構(gòu)，承臺、基礎(chǔ)梁下均設(shè)置100mm 厚墊層。

擬建項目緊鄰軌道交通九號線蘭桂大道-中央公園，受擬建項目影響的隧道里程號：YCK35+430.852～YCK35+648.018，總長約217.17m。根據(jù)軌道設(shè)計資料，該段區(qū)間隧道采用二臺階法施工，斷面形式為馬蹄形斷面，單洞單線，區(qū)間斷面形式如圖1所示。目前該區(qū)間隧道設(shè)計工作已完成，尚未正式施工。建筑結(jié)構(gòu)外邊線距軌道左線區(qū)間邊線最小水平距離10.2m，結(jié)構(gòu)底板距離軌道最小豎向距離3.4m，樁基距離軌道結(jié)構(gòu)最小凈距為10.38m。其平面位置關(guān)系和剖面位置關(guān)系如圖1和圖2所示。

圖1 軌道區(qū)間襯砌斷面圖

圖2 位置關(guān)系圖

根據(jù)項目的勘察報告，按照土層的特性，模擬計算選取的各材料有限元計算參數(shù)如表1所示。

表1 模擬計算參數(shù)取值表

3 數(shù)值分析

本次計算中，巖土體材料采用M-C 模型。區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)等采用彈性本構(gòu)方程。根據(jù)實際施工步序，本次計算主要施工步序如下：

（1）初始應(yīng)力計算，位移清零。

（2）地鐵隧道開挖及襯砌施工，計算。

（3）位移場清零。

（4）基坑開挖，應(yīng)力位移計算。

（5）基礎(chǔ)施工，應(yīng)力、位移計算。

（6）施加荷載，應(yīng)力、位移計算。

由于目前軌道尚未修建，從對軌道最不利角度，即軌道優(yōu)先于擬建項目建設(shè)，考慮擬建項目建設(shè)對軌道結(jié)構(gòu)影響。當(dāng)軌道已建時，擬建項目建設(shè)時軌道結(jié)構(gòu)及圍巖已經(jīng)完成變形，因此在計算分析步序第3 步進(jìn)行位移清零，只在擬建項目實施及使用對軌道結(jié)構(gòu)的變形影響，此簡化不影響計算結(jié)果。

基坑開挖及加載過程中軌道區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形變化明顯，但絕對變形值一直維持在低水平。擬建項目建設(shè)及使用，最大水平位移為1.53mm，最大豎向位移為0.83mm。擬建項目建設(shè)及建成使用，所引起區(qū)間結(jié)構(gòu)變形很小，均小于10mm，滿足規(guī)范要求[2]，如圖3所示。

圖3 位移云圖

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

通過數(shù)值模擬分析擬建項目施工、運營對軌道交通九號線的影響，分析結(jié)果如下可得知：

（1）擬建項目建設(shè)及建成使用所引起區(qū)間結(jié)構(gòu)的最大豎向變形為1.09mm，最大橫向變形為1.20mm，均小于10mm，區(qū)間隧道變形曲率為7.6×1010m，大于15000m，相對變形曲率半徑為1/（5.8×1013）m-1，小于1/2500，均滿足《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》[3]中軌道交通結(jié)構(gòu)安全控制指標(biāo)，因此擬建項目建設(shè)及建成使用不影響軌道結(jié)構(gòu)正常運營。

（2）擬建項目建設(shè)及建成使用均不改變原區(qū)間隧道深埋受力狀態(tài)，區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)仍滿足原設(shè)計要求，區(qū)間隧道位于樁基45°應(yīng)力擴(kuò)散范圍外，樁基荷載不傳至軌道結(jié)構(gòu)上。因此項目建設(shè)及建成使用不影響軌道結(jié)構(gòu)安全。

因此，擬建項目的建設(shè)與運營不影響軌道交通結(jié)構(gòu)安全與正常運營。

4.2 建議

（1）擬建項目軌道保護(hù)線范圍內(nèi)的基礎(chǔ)施工均采用機(jī)械開挖，嚴(yán)禁爆破開挖。

（2）施工過程中的施工機(jī)械、材料和土石方的對方應(yīng)盡量合理安排，嚴(yán)禁在軌道結(jié)構(gòu)上方及附近堆放。

（3）擬建項目后續(xù)施工中應(yīng)對軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)控制指標(biāo)監(jiān)測，并做好圍擋等措施，避免施工期間其他荷載對軌道結(jié)構(gòu)造成影響；

（4）擬建項目在進(jìn)行后續(xù)施工前，需做好相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，如若發(fā)生緊急情況時，能夠及時妥善處理。

（5）項目擬建過程中，在施工影響區(qū)域的軌道結(jié)構(gòu)上布置變形監(jiān)測點，施工過程中隨時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的變形，若發(fā)現(xiàn)異常變形，應(yīng)加密監(jiān)測。建議軌道結(jié)構(gòu)的變形控制值根據(jù)計算結(jié)果做出適當(dāng)調(diào)整，但其值不得小于規(guī)范控制要求。建議區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的水平變形與豎向變形控制值為10.0mm，報警值為8.0mm。

（6）擬建項目上部結(jié)構(gòu)荷載較小，靠近軌道一側(cè)基礎(chǔ)形式可以考慮采用條形基礎(chǔ)。