董志超，石 湛

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010）

1 概述

1.1 擬建道路工程概況

擬建藍(lán)田路（遠(yuǎn)大東路—人民東路）工程位于長沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，北起遠(yuǎn)大東路，南至人民東路，道路等級為城市主干路，紅線寬度46 m，設(shè)計速度50 km/h，其中K1+630～K1+660段位于長沙地鐵6號線曹家坪站到龍峰站區(qū)間正上方。在道路樁號K1+652.3處需新建排水箱涵，箱涵為雙跨矩形結(jié)構(gòu)，頂?shù)装搴?.5 m，側(cè)墻中墻厚0.4 m，結(jié)構(gòu)總寬度為11.2 m，總高度4.5 m，長度約117 m，采用C35鋼筋混凝土。

1.2 地鐵6號線曹家坪站—龍峰站區(qū)間工程概況

長沙地鐵6號線曹家坪站到龍峰站區(qū)間全長約1 243.8 m。區(qū)間線路縱坡為“V”字坡，線路出曹家坪站先后以2‰、24‰坡度下坡，再以10.567‰坡度上坡后到達(dá)龍峰站，區(qū)間軌面埋深約9.593～15.525 m。區(qū)間穿越地層為白堊系8-2中等風(fēng)化泥質(zhì)粉沙巖層。隧道管片的內(nèi)徑5.5 m，厚度0.35 m，外徑6.2 m，目前整個區(qū)間已貫通。

1.3 相互位置關(guān)系及設(shè)計方案

擬建箱涵采用明挖法放坡開挖施工，開挖寬度20.68～30.68 m，開挖深度6.9～7.4 m，與地鐵區(qū)間隧道豎向最小凈距約2.5 m。箱涵施工完成后，箱涵上方藍(lán)田大道范圍需要回填施工道路，在既有渠底標(biāo)高上填方高度約7.7 m，新建箱涵上方覆土高度約4.5 m。箱涵與地鐵區(qū)間的位置關(guān)系如圖1、圖2所示。

圖1 新建箱涵與地鐵6號線位置關(guān)系平面圖

圖2 新建箱涵與地鐵6號線位置關(guān)系剖面圖

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

地層自上而下依次為第四系全新統(tǒng)1-1素填土、1-2雜填土，第四系中更新統(tǒng)3-1粉質(zhì)黏土層、3-4中粗砂層，基巖為白堊系7-2強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、8-2中等風(fēng)化泥質(zhì)粉沙巖層。8-2中等風(fēng)化泥質(zhì)粉沙巖層為粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，巖芯較完整，巖芯呈柱狀、塊狀為主，天然單軸極限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.57 MPa，巖質(zhì)較軟。

上層滯水主要靠大氣降水補(bǔ)給，以蒸發(fā)或向下滲透到潛水中的方式排泄；中粗砂層潛水主要以向上滲透到填土層的方式排泄；基巖裂隙水總體透水性差，富水性貧乏，弱透水性。本區(qū)間隧道位于深部，隧道在中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖<8-2>中穿過，中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖<8-2>透水性差，富水性貧乏，對隧道掘進(jìn)施工影響較小。

3 安全保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)CJJ/T 202—2013《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》和GB 50911—2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，并參考其他關(guān)于軌道交通規(guī)劃、運(yùn)營等方面的規(guī)定，結(jié)合長沙地鐵工程的實(shí)際情況，提出如下保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：施工引起隧道結(jié)構(gòu)水平位移、豎直位移、凈空收斂值不超過10 mm，變化速率小于1 mm/d。

4 計算模型

用Midas GTS NX有限元分析軟件模擬箱涵基坑開挖、結(jié)構(gòu)回筑與路基回填對地鐵6號線區(qū)間的影響。為減小基坑開挖對下臥區(qū)間的影響，基坑采用跳艙開挖方式，三維地層計算模型如圖3所示。

圖3 有限元網(wǎng)格模型

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況模擬基坑開挖及回筑工序：平衡地應(yīng)力；激活6號線盾構(gòu)隧道管片，鈍化盾構(gòu)隧道范圍內(nèi)土體，重置位移為0；分部開挖箱涵邊坡至坑底；激活箱涵結(jié)構(gòu)與外側(cè)土體單元，施加路基回填荷載。

5 計算結(jié)果分析

5.1 基坑開挖階段

基坑工程由于開挖卸載，基坑側(cè)壁發(fā)生側(cè)向位移，坑底產(chǎn)生一定的隆起變形，地面發(fā)生沉降，也帶動基坑下方的隧道發(fā)生側(cè)向和豎向變形，其變形量的大小是判別基坑變形和穩(wěn)定的重要依據(jù)?；娱_挖過程中，隧道結(jié)構(gòu)變形如表1所示。

表1 基坑開挖階段隧道結(jié)構(gòu)變形表

5.2 基坑回填階段

由于回填加荷，基坑側(cè)壁發(fā)生側(cè)向位移，地面發(fā)生沉降，也帶動基坑下方的隧道發(fā)生側(cè)向和豎向變形。基坑回填過程中，隧道結(jié)構(gòu)變形如表2所示。

表2 基坑回填階段隧道結(jié)構(gòu)變形表

6 隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力檢算

采用修正慣用法對箱涵施工前后的隧道斷面進(jìn)行內(nèi)力檢算，剛度折減系數(shù)η=0.75，彎矩提高系數(shù)ξ=0.3。

正常施工條件下，按照現(xiàn)有的藍(lán)田路設(shè)計工況，路基回填加載后結(jié)構(gòu)內(nèi)力將會增大20%，但是隧道結(jié)構(gòu)配筋（內(nèi)外側(cè)均配置12Φ18）可以滿足結(jié)構(gòu)安全和正常使用要求。為減小對既有區(qū)間的影響，建議路基采用輕質(zhì)填料減小荷載，同時區(qū)間上方應(yīng)避免大型機(jī)械振動碾壓。

7 結(jié)語

通過數(shù)值計算分析，在中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地層條件下，通過細(xì)化施工組織，采用分部跳艙開挖降低卸荷效應(yīng)，減少基坑暴露時間，回填輕質(zhì)路基材料減少加載等措施可有效控制既有隧道的豎向位移與受力，其設(shè)計思路與經(jīng)驗(yàn)可為類似工程提供參考。