尹 恒

(重慶市設計院有限公司，重慶 400015)

1 概 況

1.1 項目概況

黃觀路位于重慶江北區(qū)觀音橋商圈南側(cè)，位于建新東(西)路、北濱路中間，黃觀路總體為東西走向，西起觀音橋南側(cè)的興竹路，上跨曾家?guī)r大橋北側(cè)隧道、軌道十號線，東達黃花園大橋北引道西側(cè)，全長約3.9 km，二期春森彼岸段道路和9#樁板擋墻上跨軌道十號線曾家?guī)r站至鯉魚池站區(qū)間左、右線隧道。該處道路采用挖方施工，開挖深度1～6 m，設計標高263.403 m，軌道區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)頂面高程為227.681 m，建成后路面與軌道結(jié)構(gòu)頂面豎向凈距約35.721 m；道路新建污水管與雨水管從軌道上方經(jīng)過。該節(jié)點建設時序為，曾家?guī)r隧道及軌道十號線區(qū)間隧道先實施完成，黃觀路二期道路工程再進行修建。

1.2 主要風險

根據(jù)道路平縱設計，黃觀路二期春森彼岸段道路位于軌道十號線保護區(qū)范圍內(nèi)。9#樁板擋墻、黃觀路道路的施工將會引起該處軌道結(jié)構(gòu)上方巖土體的卸載、再加載，造成軌道結(jié)構(gòu)周圍巖土體應力狀態(tài)發(fā)生變化。

2 計算分析

2.1 評估內(nèi)容

根據(jù)黃觀路二期春森彼岸段道路工程的結(jié)構(gòu)和管網(wǎng)設計，預測黃觀路施工和運營過程對軌道交通十號線結(jié)構(gòu)物的影響，對施工方案可行性與軌道結(jié)構(gòu)的安全性作出評價。

2.2 計算模型

軌道十號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)作為分析對象，同時考慮曾家?guī)r隧道修建的影響，采用Midas/GTS有限元軟件建立三維模型進行計算分析。為保證計算精度及效率，對分析范圍進行一定限制，計算模型高95 m，長120 m，寬100 m。根據(jù)擬建道路、9#樁板式擋墻與軌道十號線區(qū)間隧道、曾家?guī)r隧道的相對位置關(guān)系并適當簡化。

2.3 計算參數(shù)

相關(guān)計算參數(shù)的取值結(jié)合地勘報告提供參數(shù)及重慶地區(qū)經(jīng)驗，根據(jù)地勘報告及典型剖面進行巖土分層。

表1 有限元計算各材料物理力學參數(shù)

考慮到施工過程中對圍巖有一定擾動，所用巖土體計算參數(shù)在地勘提供的最低參數(shù)基礎上作一定折減，即：

(1)土層對內(nèi)摩擦角按系數(shù)0.85折減為22.4°，對粘聚力不作折減；

(2)基巖(中風化砂質(zhì)泥巖)對彈性模量E、內(nèi)聚力c、內(nèi)摩擦角φ按系數(shù)0.85折減，折減后的彈性模量E=2 070 MPa、內(nèi)聚力c=798 kPa、內(nèi)摩擦角φ=29.1°。

2.4 計算步序

(1)初始地應力狀態(tài)；(2)軌道十號線區(qū)間隧道、曾家?guī)r隧道修建完成；(3)擋墻樁基施工；(4)擋墻冠梁及擋板施工；(5)道路路面施工；(6)道路路面加載，模擬黃觀路正常使用階段。

關(guān)鍵階段有限元模型如圖1。

圖1 關(guān)鍵階段有限元模型

2.5 計算荷載

巖體自重以加速度方式施加，計算得到道路荷載為20 kN/m2。

2.6 邊界條件

約束模型底部節(jié)點豎直Z方向自由度，約束側(cè)面節(jié)點X、Y向自由度，地表面自由。

2.7 計算方法和屈服準則

利用MIDAS/GTS進行計算分析，程序使用激活和鈍化單元的方法模擬施工過程中的結(jié)構(gòu)物修建。巖、土體材料的屈服條件采用莫爾-庫侖屈服準則。

3 計算結(jié)果

通過計算得出軌道結(jié)構(gòu)的拱頂豎向位移曲線，可以看出本項目由于擋墻及道路施工造成軌道區(qū)間隧道上方圍巖的卸載作用，進而引起軌道區(qū)間隧道的豎向隆起變形。軌道區(qū)間隧道的最大豎向隆起變形發(fā)生在道路路面施工階段；道路路面加載階段(黃觀路正常使用)，軌道區(qū)間隧道隆起變形的位移量略有減小。軌道區(qū)間隧道的變形最不利位置主要位于黃觀路道路正下方處。

根據(jù)各主要階段沿里程方向的軌道結(jié)構(gòu)拱頂豎向位移結(jié)果，分析本項目建設對軌道結(jié)構(gòu)平順性的影響，可以得到軌道區(qū)間隧道沿縱向的最大變形曲率半徑及最大變形相對曲率如表2。

表2 軌道十號線區(qū)間隧道縱向最大變形曲率

從軌道十號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)縱向變形曲率可知，本項目建設及投入使用階段，軌道區(qū)間隧道縱向產(chǎn)生最小變形曲率半徑392 353 m，產(chǎn)生最大變形相對曲率1/130 784，均滿足軌道結(jié)構(gòu)平順性變形要求(曲率半徑>15 000 m，相對曲率<1/2 500)。

根據(jù)計算結(jié)果，軌道區(qū)間隧道的變形最不利位置主要位于黃觀路道路正下方處，該處軌道結(jié)構(gòu)在各主要階段的結(jié)構(gòu)變形結(jié)構(gòu)如表3。

表3 最不利位置處軌道結(jié)構(gòu)變形結(jié)果

本項目建設及投入使用階段，最不利位置處軌道結(jié)構(gòu)拱頂最大豎向位移0.283 mm，仰拱最大豎向位移0.173 mm，側(cè)墻最大水平位移0.044 mm，各位移分量變化量均小于1 mm，位移變化極小。本次軌道十號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)變形處于安全范圍(水平、豎向位移預警值<10 mm)。

4 結(jié) 論

通過建立三維有限元模型分析黃觀路施工各階段及運營過程對軌道區(qū)間隧道的影響，得出，9#樁板擋墻、黃觀路道路的修建對軌道十號線區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的影響較小，軌道結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)。

(1)本項目擋墻及道路施工造成軌道區(qū)間隧道上方圍巖的卸載作用，進而引起軌道區(qū)間隧道的豎向隆起變形。軌道區(qū)間隧道的最大豎向隆起變形發(fā)生在道路路面施工階段；道路路面加載階段(黃觀路正常使用)，軌道區(qū)間隧道隆起變形的位移量略有減小。軌道區(qū)間隧道的變形最不利位置主要位于黃觀路道路正下方處。

(2)本項目建設及投入使用階段，軌道區(qū)間隧道縱向產(chǎn)生最小變形曲率半徑392 353 m，產(chǎn)生最大變形相對曲率1/130 784，均滿足軌道結(jié)構(gòu)平順性變形要求。

(3)本項目建設及投入使用階段，最不利位置處軌道結(jié)構(gòu)拱頂最大豎向位移0.283 mm，仰拱最大豎向位移0.173 mm，側(cè)墻最大水平位移0.044 mm，各位移分量變化量均小于1 mm，位移變化極小，滿足軌道結(jié)構(gòu)變形要求。