吳漱月

(天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100000)

1 工程概況

閆焦一二T洪寺變電站110 kV送電工程L3主線新建電纜隧道2#豎井～3#豎井段穿越饒樂府地鐵站行人天橋?yàn)榇_保L3主線新建電纜隧道(以下簡(jiǎn)稱電力隧道)施工過程中饒樂府地鐵站天橋的安全，對(duì)新建電纜隧道施工對(duì)饒樂府地鐵站天橋影響計(jì)算分析、安全性評(píng)估等工作。

1.1 新建工程概況

擬建閆焦一二T接洪寺變電站110 kV送電工程(電纜隧道)場(chǎng)地位于北京市房山區(qū)城關(guān)街道、閻村鎮(zhèn)，包括4條主線。其中L3線L3#～2#豎井～L3～3#豎井之間的區(qū)段施工處于地鐵保護(hù)范圍內(nèi)，需對(duì)其施工過程對(duì)地鐵的影響開展安全評(píng)估。

L3主線新建電纜隧道為石房線鐵路東側(cè)現(xiàn)狀電力隧道東側(cè)末端起至在建“地鐵燕房線穿越工程”電力隧道，具體路徑為：自石房線鐵路東狀電力隧道東側(cè)末端連接后沿京周路北紅線以南9.5 m向東至大石河，L3主線沿京周路北側(cè)綠化帶內(nèi)敷設(shè)，共設(shè)檢查井13座。

隧道凈斷面尺寸：2.0 m×2.3 m單孔電纜隧道，隧道寬度為2.0 m，起拱線的高度1.85 m，內(nèi)凈高度2.3 m，在隧道內(nèi)部一側(cè)設(shè)有人行步道，在隧道的兩側(cè)分別安裝電纜支架@1 000。拱頂、側(cè)墻和底板初襯、二襯結(jié)構(gòu)厚度均為250 mm。

隧道的施工做法：噴射混凝土、網(wǎng)構(gòu)鋼架、鋼筋網(wǎng)支護(hù)相結(jié)合的方法。所有豎井所使用的施工方法是倒掛井壁法，復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，初襯為300 mm厚C20噴射混凝土+鋼格柵，二襯為C40模筑防水混凝土，其中D4.0 m和D5.2 m圓井，頂板及側(cè)墻為300 m厚，底板為400 mm。6.0 m×6.0 m四通井二村項(xiàng)板厚400 mm，側(cè)墻厚50 mm，底板厚600 mm。

L3～2#豎井為Φ5.2 m圓豎井，采用倒掛井壁法施工。工藝流程：注漿加固圈梁土方開挖圈梁施工圈梁上臨時(shí)支護(hù)施工豎井初襯結(jié)構(gòu)施工。在隧道施工前首先對(duì)松散地層采用小導(dǎo)管的方式進(jìn)行超前注漿以加固土體，以保證開挖期間土體的穩(wěn)定。

1.2 既有地鐵設(shè)施概況

饒樂府站天橋跨京周路，天橋、墩柱、臨時(shí)樓梯采用鋼結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。。

1.3 地層巖性及分布特征

本標(biāo)段場(chǎng)地位于山區(qū)構(gòu)造剝蝕丘陵與沖洪積平原的過渡地帶，場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)地形起伏變化較大，整體地勢(shì)東西高，中間底?？碧狡陂g測(cè)量的鉆孔孔口處地面標(biāo)高為42.42～59.82 m。

根據(jù)對(duì)相關(guān)地質(zhì)在施工影響范圍內(nèi)的地層按成因類型、沉積年代可分為人工堆積層、新近沉積層、第四紀(jì)沉積層、白堊紀(jì)沉積層及燕山期侵入巖五大類，并可以按巖性及工程特性進(jìn)一步細(xì)分為6個(gè)大層及亞層。

2 安全評(píng)估內(nèi)容

2.1 評(píng)估范圍

根據(jù)新建隧道工程與既有燕房線地鐵的相對(duì)位置關(guān)系以及相關(guān)規(guī)范中對(duì)于地鐵保護(hù)范圍的規(guī)定，選取了本次評(píng)估的范圍，范圍為沿既有地鐵線路橫向方向120 m，線路縱向100 m，土層厚度60 m。

2.2 評(píng)估內(nèi)容

(1)選取典型工點(diǎn)，按照最不利影響考慮，建立三維數(shù)值計(jì)算模型，模擬新建工程穿越既有地鐵燕房線施工過程，提供燕房線既有地鐵結(jié)構(gòu)受施工影響的變形分析結(jié)果。

(2)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分析新建工程穿越對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)的安全性影響。

(3)對(duì)新建隧道工程施工工藝、步序、以及施工過程中需采取的保護(hù)措施等提出建議。

2.3 評(píng)估思路

新建工程穿越地鐵燕房線饒樂府地鐵站天橋，施工對(duì)既有饒樂府地鐵站天橋的安全性影響評(píng)估重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。整個(gè)過程包括資料收集、地質(zhì)條件分析、設(shè)計(jì)和現(xiàn)狀調(diào)查、施工前現(xiàn)狀檢測(cè)資料，通過建立數(shù)值模型、相似工程類比和專家評(píng)審等多種方法，預(yù)測(cè)施工引起燕房線饒樂府地鐵站附屬天橋結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，在此基礎(chǔ)上對(duì)既有饒樂府地鐵站附屬天橋結(jié)構(gòu)是否安全，地鐵結(jié)構(gòu)是否滿足運(yùn)營(yíng)要求。

2.4 評(píng)估方法

本次計(jì)算采用Midas軟件，模擬電力隧道的施工對(duì)既有燕房線饒樂府地鐵站過街天橋結(jié)構(gòu)安全性的影響，從而確定天橋的變形分析結(jié)果，評(píng)估地鐵結(jié)構(gòu)的安全性。根據(jù)相關(guān)安全的要求，綜合各種影響因素，最終確定新建電力管線施工過程中，對(duì)于既有的地鐵附屬結(jié)構(gòu)的相關(guān)保護(hù)措施。

3 穿越施工對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)影響的安全性評(píng)估

3.1 計(jì)算模型

因電力隧道施工過程中存在影響區(qū)域，在確定數(shù)值模型的影響范圍時(shí)取新建工程與既有地鐵附屬結(jié)構(gòu)有效影響范圍，本次所建評(píng)估模型的長(zhǎng)度和寬度分別為100 m和120 m，自地表60m厚的地層土體作為模型中的主要考察范圍。重點(diǎn)分析既有的饒樂府地鐵站天橋由于電力隧道施工過程中受影響所產(chǎn)生的變形情況。

本次數(shù)值模擬計(jì)算過程中對(duì)模型周圍的地層選取實(shí)體單元，不同的地層根據(jù)其屬下采用不同的材料本構(gòu)模型，對(duì)于模型的上部約束設(shè)置為自由邊界，而其余3個(gè)臨空面都建立為法向約束。

模型的外部附加荷載需要考慮以下方面。

(1)地鐵結(jié)構(gòu)本身的重力；

(2)土體在豎直方向的重力；

(3)橋梁結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)自重；

(4)地面超載20 kPa。

計(jì)算模型中根據(jù)不同的材料選擇不同的本構(gòu)模型進(jìn)行模擬，對(duì)于混凝土材料采用彈性模型，各層土體選擇修正摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則。土層和混凝土結(jié)構(gòu)材料采用實(shí)體單元，模型中不同地層的相關(guān)力學(xué)參數(shù)根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告中進(jìn)行選取，土層及結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 地層計(jì)算參數(shù)

3.2 模擬工序

根據(jù)新建電力隧道的施工步驟，在模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，按照最不利的情況將施工模擬階段分為4個(gè)施工階段包括生成初始應(yīng)力場(chǎng)(位移清零)、地鐵結(jié)構(gòu)施工(位移清零)、豎井施工階段、電力隧道施工階段。

3.3 變形預(yù)測(cè)

新建電力工程在其修建過程對(duì)饒樂府地鐵站天橋產(chǎn)生一定程度的附加變形，為了解有效附加變形的情況，將分析各施工階段下天橋的豎向變形以及橫向變形。為了簡(jiǎn)潔、直觀地反映出天橋的變形情況及其變形規(guī)律，將對(duì)各施工階段施工完成后天橋結(jié)構(gòu)的變形云圖進(jìn)行分析，建立天橋結(jié)構(gòu)的變形結(jié)果和規(guī)律。

由計(jì)算結(jié)果可知，新建工程施工過程中，既有地鐵結(jié)構(gòu)的豎直方向的最大變形值為0.29 mm，為沉降變形，變形部位為燕房線饒樂府天橋靠近施工的位置。橫向變形最大值為0.16 mm，朝向施工開挖方向，變形部位為天橋橋墩的位置，地鐵天橋既有結(jié)構(gòu)豎向和橫向最大變形結(jié)果見表2所示。

表2 既有地鐵結(jié)構(gòu)最大變形結(jié)果

4 結(jié) 論

根據(jù)所建立的三維地層-結(jié)構(gòu)數(shù)值模型，對(duì)既有天橋結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算分析可以分析，由于新建電力隧道工程的施工，既有天橋結(jié)構(gòu)在一定程度上發(fā)生了豎向變形和橫向的變形。將本次模型分析計(jì)算所得的變形結(jié)果提取并匯總?cè)绫?所示。

表4 既有地鐵結(jié)構(gòu)最終變形結(jié)果匯總

根據(jù)施工引起的既有地鐵結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)變形值以及變形云圖進(jìn)行分析可以得出如下結(jié)論：根據(jù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的分析，新建電力隧道施工對(duì)于既有地鐵的結(jié)構(gòu)具有一定的影響，變形值在運(yùn)營(yíng)安全允許范圍之內(nèi)。在正常的施工條件下，采取相應(yīng)的保護(hù)措施，能確保地鐵附屬結(jié)構(gòu)的安全。

為了保證施工過程中的安全，監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)的制定依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、其他類似工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)制定，在綜合考慮預(yù)測(cè)變形值與結(jié)構(gòu)容許變形值的基礎(chǔ)上，預(yù)留一定的安全系數(shù)，確定既有地鐵受響范圍內(nèi)的地鐵結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)。

根據(jù)以上結(jié)論以及工程實(shí)際特點(diǎn)，同時(shí)依據(jù)現(xiàn)有常規(guī)測(cè)量?jī)x器的監(jiān)測(cè)精度，綜合結(jié)構(gòu)安全要求及變形預(yù)測(cè)結(jié)果，確定變形控制值。并將控制值的80%作為報(bào)警值，70%作為預(yù)警值。對(duì)新建電力隧道施工影響下，既有地鐵結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)控制指標(biāo)，綜上得出控制指標(biāo)具體如表5所示。

表5 既有地鐵結(jié)構(gòu)變形控制指標(biāo)