趙 偉

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166)

0 引言

隨著城市規(guī)模的增加，單一的出行方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足城市交通需求，越來(lái)越多的城市采用地面有軌電車(chē)、地鐵、地下道路、高架等方法解決城市擁堵的問(wèn)題，隨著這些工程的建設(shè)，各種交通方式之間相互穿越的情況越來(lái)越多。沈陽(yáng)渾南有軌電車(chē)為全國(guó)較早的現(xiàn)代化有軌電車(chē)，有軌電車(chē)敷設(shè)于城市路面[1]。在沈陽(yáng)地鐵的建設(shè)過(guò)程中，很多區(qū)間及車(chē)站出入口需要下穿本有軌電車(chē)。在施工過(guò)程中，地基土體產(chǎn)生擾動(dòng)或松動(dòng)時(shí)，極易產(chǎn)生較大的地層變位，從而導(dǎo)致既有構(gòu)筑物發(fā)生沉降[2-5]。針對(duì)暗挖出入口下穿有軌電車(chē)設(shè)計(jì)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了必要的工程措施，通過(guò)有限元模擬驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的安全性，并與最終的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

1 工程概況及出入口暗挖段下穿有軌電車(chē)設(shè)計(jì)

車(chē)站出入口跨渾南大道設(shè)置，由于渾南大道車(chē)流量較大，且路中為沈陽(yáng)市有軌電車(chē)5號(hào)線(xiàn)，下穿渾南大道及有軌電車(chē)出口位置采用暗挖法施工。沈陽(yáng)市有軌電車(chē)5號(hào)線(xiàn)工程沿渾南大道路中布設(shè)，2013年投入運(yùn)營(yíng)。有軌電車(chē)線(xiàn)間距5.7m，軌距1.35m；采用整體道床，路基(以邊石為界)寬10m，深約1.92m，自上而下為：250mm鋼筋混凝土支承層、100mm素混凝土找平層、400mm水泥穩(wěn)定碎石基層，基層以下至1.92m范圍內(nèi)翻挖回填路床。有軌電車(chē)對(duì)沉降較為敏感，其道床最大沉降量不得超過(guò)10mm。出入口初支頂部距離有軌電車(chē)基礎(chǔ)底面最小距離為2740mm。出入口與有軌電車(chē)相對(duì)位置關(guān)系平面圖見(jiàn)圖1，剖面圖見(jiàn)圖2。

圖1 相對(duì)位置關(guān)系平面圖

圖2 相對(duì)位置關(guān)系剖面圖

出入口暗挖段拱頂位于素填土，側(cè)墻位于粉細(xì)砂及圓礫層，底板位于圓礫層，其中素填土及粉細(xì)砂工程性質(zhì)較差，暗挖施工時(shí)均易產(chǎn)生較大變形，甚至

塌方。為保證出入口下穿有軌電車(chē)安全，本位置設(shè)計(jì)超前支護(hù)采用前進(jìn)式注漿大管棚+小導(dǎo)管，初期支護(hù)采用C25早強(qiáng)網(wǎng)噴混凝土+鋼筋格柵，厚度300mm；二襯采用C40鋼筋混凝土，厚度500mm。

圖3 出入口隧道設(shè)計(jì)圖

C、D出入口采用CRD法開(kāi)挖，盡量減小開(kāi)挖分塊，及時(shí)施做封閉的初期支護(hù)；開(kāi)挖進(jìn)尺為每榀鋼架間距(500mm)，每榀格柵鋼架兩拱腳處各設(shè)兩根鎖腳錨管(Φ32，t=3.25，l=3000mm)，減少施工進(jìn)尺，控制沉降。

2 有限元分析模型

2.1 三維有限元模型建立

運(yùn)用MIDAS GTS NX有限元軟件對(duì)出入口下穿有軌電車(chē)進(jìn)行施工模擬。出入口垂直下穿有軌電車(chē)，下穿計(jì)算模型縱向取35m，為防止邊界效應(yīng)影響，隧道兩側(cè)分別取25m，隧道底部以下土層取12m，各巖土層均采用彈塑性模型，三維實(shí)體單元，屈服準(zhǔn)則采用摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則，襯砌結(jié)構(gòu)采用彈性殼單元模擬。模型中將超前小導(dǎo)管注漿采用加固范圍內(nèi)提高土體參數(shù)的方式模擬，大管棚加固采用梁?jiǎn)卧M。模型施加重力荷載，為模擬出入口暗挖施工對(duì)電車(chē)運(yùn)行的影響，在有軌電車(chē)道床表面施加20kPa均布荷載，如圖4所示。

圖4 出入口隧道下穿有軌電車(chē)有限元模型圖

2.2 計(jì)算模型主要參數(shù)

根據(jù)鉆探揭露，按照其沉積年代、成因類(lèi)型及巖性，此范圍內(nèi)自上而下的地層為：雜填土①、粉細(xì)砂③-2、圓礫③-5、礫砂④-4、圓礫④-5、礫砂⑤-4等。計(jì)算中各地層巖體的計(jì)算參數(shù)如表1所示。

表1 地層參數(shù)表

出入口初期支護(hù)材料為C25混凝土；二襯為C40混凝土；大管棚鋼管為Q235鋼。支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)表

2.3 施工過(guò)程模擬

暗挖標(biāo)準(zhǔn)段施工采用CRD法。計(jì)算開(kāi)挖進(jìn)尺0.5m，每開(kāi)挖一步，進(jìn)行上一步的初期支護(hù)，直至隧道施工完成逐步拆除內(nèi)部初支，施做二襯施工，有限元分析模型施工過(guò)程模擬見(jiàn)圖5。

圖5 有限元分析模型施工過(guò)程模擬

3 計(jì)算結(jié)果分析

出入口施工結(jié)束，計(jì)算模型既有有軌電車(chē)沉降量如圖6、圖7所示。結(jié)果顯示有軌電車(chē)道床最大沉降量為7.2mm。

圖6 計(jì)算整體模型(m)

圖7 結(jié)構(gòu)模型詳圖(m)

有軌電車(chē)基礎(chǔ)各階段豎向位移如表3所示，結(jié)果顯示：在隧道下穿有軌電車(chē)道床階段，有軌電車(chē)道床沉降量增加較快，階段沉降量達(dá)到2.9mm，占總沉降量的41%；隧道掌子面通過(guò)有軌電車(chē)道床后，由于臨時(shí)支撐的拆除，有軌電車(chē)道床繼續(xù)沉降，階段沉降量為2.8mm，占總沉降量的39%；有軌電車(chē)道床最終沉降量為7.2mm。

表3 各階段沉降量統(tǒng)計(jì)表

沿有軌電車(chē)基床方向有軌電車(chē)道床沉降如圖8所示。整體上看，隧道左側(cè)10m至隧道右側(cè)10m范圍內(nèi)的有軌電車(chē)道床受施工影響產(chǎn)生的沉降較為明顯。

圖8 有限元分析模型施工過(guò)程模擬

4 施工監(jiān)測(cè)與計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)九號(hào)線(xiàn)渾南大道站出入口暗挖段下穿有軌電車(chē)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要對(duì)有軌電車(chē)基床沉降進(jìn)行分析，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖9所示。

圖9 沉降分析點(diǎn)沉降隨施工步變化曲線(xiàn)圖

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及有限元計(jì)算結(jié)果表明，有軌電車(chē)左、右線(xiàn)最大沉降點(diǎn)均發(fā)生在隧道中心線(xiàn)位置，即監(jiān)測(cè)點(diǎn)7及監(jiān)測(cè)點(diǎn)7’。現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)7及監(jiān)測(cè)點(diǎn)7’最大沉降值分別為7.97mm和9.15mm，右線(xiàn)沉降量比左線(xiàn)略大；有限元計(jì)算對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)7及監(jiān)測(cè)點(diǎn)7’，最大沉降值分別為-6.29mm和-6.95mm；有軌電車(chē)實(shí)際沉降與計(jì)算沉降相比最終沉降曲線(xiàn)趨勢(shì)基本一致，實(shí)際沉降量略大，最大差值約2.2mm。有軌電車(chē)道床實(shí)際沉降及有限元模擬結(jié)果見(jiàn)圖10。

圖10 沉降分析點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果最終沉降曲線(xiàn)圖

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果及有限元計(jì)算結(jié)果均表明，暗挖掌子面通過(guò)有軌電車(chē)正下方時(shí)有軌電車(chē)沉降發(fā)展最快。暗挖施工首先通過(guò)有軌電車(chē)右線(xiàn)下方，因此右線(xiàn)沉降先發(fā)展，掌子面通過(guò)右線(xiàn)到達(dá)左線(xiàn)后左線(xiàn)的沉降發(fā)展速度加快?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及有限元計(jì)算左右線(xiàn)沉降最大點(diǎn)位置沉降量隨施工步發(fā)展如圖11所示。數(shù)值計(jì)算沉降發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)沉降發(fā)展基本一致，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)下穿后沉降明顯大于數(shù)值計(jì)算。

圖11 沉降分析點(diǎn)沉降隨施工步變化曲線(xiàn)圖

5 結(jié)語(yǔ)

(1)本暗挖出入口下穿有軌電車(chē)位置所處地質(zhì)條件較差，采用了大管棚+小導(dǎo)管超前加固，CRD工法開(kāi)挖，有軌電車(chē)道床最大沉降變形為9.2mm，滿(mǎn)足有軌電車(chē)變形控制指標(biāo)。

(2)本暗挖出入口施工使有軌電車(chē)道床變形接近變形控制值，建議以后類(lèi)似工程采用對(duì)變形控制更好的深孔注漿方式進(jìn)行超前加固，確保有軌電車(chē)安全。

(3)雖然暗挖施工本身存在較大不確定性，采用數(shù)值計(jì)算的方法可以較好地預(yù)測(cè)有軌電車(chē)道床的變形趨勢(shì)及變形結(jié)果。