潘學(xué)凱，耿寧寧

（1.安徽省綜合交通研究院股份有限公司，安徽 合肥 230000；2.合肥市軌道交通集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

城市軌道交通具有沿市政道路（含規(guī)劃）敷設(shè)的特點(diǎn)，在市政道路建設(shè)中，經(jīng)常遇到上跨或與軌道交通結(jié)構(gòu)并行的情況。新建市政道路施工過程中存在加卸載工況，必然引起地層擾動(dòng)，對(duì)既有軌道交通結(jié)構(gòu)變形有著顯著影響。因此掌握道路施工過程中既有軌道交通結(jié)構(gòu)變形量及趨勢(shì)對(duì)軌道交通保護(hù)是至關(guān)重要的[1-2]。

本文結(jié)合新建市政道路沿合肥軌道交通4號(hào)線上方敷設(shè)的工程案例，利用有限元分析方法，構(gòu)建市政道路施工和既有軌道交通結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型。根據(jù)數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果，研究上方新建市政道路施工對(duì)既有軌道交通結(jié)構(gòu)的變形影響及控制。

1 工程背景

1.1 工程概述

新建市政道路為城市主干路，道路紅線寬45m，機(jī)動(dòng)車道設(shè)置為雙向六車道。路面結(jié)構(gòu)面層采用3層瀝青混凝土，下設(shè)水泥穩(wěn)定碎石基層和底基層，路面結(jié)構(gòu)層總厚度為73cm。根據(jù)本工程管綜平面設(shè)計(jì)圖，擬建道路下方敷設(shè)有眾多市政管線，如雨水、污水、給水、電力、燃?xì)獾?，擬建道路下方雨、污水管均采用放坡開挖施工。擬建道路與既有軌道交通區(qū)間空間位置關(guān)系如圖1。

圖1 擬建道路與軌道交通結(jié)構(gòu)位置關(guān)系圖

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)擬建項(xiàng)目詳勘報(bào)告及軌道交通詳勘報(bào)告，擬建場(chǎng)地第四紀(jì)地貌形態(tài)屬二級(jí)階地地貌單元，場(chǎng)地內(nèi)高差較大，最高堆土區(qū)高約4.3m?？辈炱陂g勘探深度范圍內(nèi)揭露場(chǎng)地內(nèi)地下水類型主要為上層滯水，主要受大氣降水補(bǔ)給；場(chǎng)地內(nèi)土層主要有①1雜填土、②2黏土、⑥2黏土、⑥3粉質(zhì)黏土、⑨11全風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、⑨12強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖、⑨13中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。其土層物理學(xué)參數(shù)如表1所示。

土層物理學(xué)參數(shù) 表1

2 軌道交通結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

合肥市軌道交通4號(hào)線翠柏路站位于翠柏路與銅陵北路交口，沿銅陵北路南北向偏翠柏路東側(cè)跨路口布置。本站為地下兩層雙跨島式車站，為地下雙層結(jié)構(gòu)，車站外包總長(zhǎng)249.7m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.7m，有效站臺(tái)長(zhǎng)120m，站臺(tái)寬度為11m。車站主體頂板覆土厚度2.15～3.47m，主體結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)。

合肥市軌道交通4號(hào)線天水路站～翠柏路站區(qū)間，主要采用盾構(gòu)法施工，右線局部采用明挖法施工。明挖區(qū)間設(shè)置于翠柏路站小里程端，長(zhǎng)度約116m，為單層單跨箱型結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸5.9m×7.1m，基坑支護(hù)體系為φ800鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐；盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)徑5.4m，壁厚 0.3m。線路間距約為10～16.39m，覆土厚度約8.06m～20.86m。

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查資料，新建市政道路影響范圍內(nèi)，軌道交通結(jié)構(gòu)無裂縫及滲漏水情況發(fā)生。盾構(gòu)管片出廠檢測(cè)報(bào)告顯示，該段區(qū)間左與右線盾構(gòu)管片檢測(cè)合格，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 市政道路施工的三維數(shù)值計(jì)算模擬與分析

3.1 有限三維數(shù)值模型

為了較準(zhǔn)確地反映市政道路施工對(duì)軌道交通結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形影響，充分考慮時(shí)空因素，計(jì)算分析采用了三維有限元分析方法，考慮土體的非線性因素，模擬市政道路施工與既有軌道交通結(jié)構(gòu)間的相互影響。計(jì)算時(shí)的邊界條件為：x軸方向采用x向約束，y軸方向采用y向約束，底部采用豎向約束，上表面為自由面[3-4]，有限元模型如圖2。

圖2 有限元模型

3.2 計(jì)算工況

根據(jù)施工先后次序，計(jì)算中應(yīng)包括如下計(jì)算工況。

①工況1：初始地應(yīng)力平衡，位移清零。

②工況2：施作軌道交通結(jié)構(gòu)（含車站主體、附屬及區(qū)間隧道），位移清零。

③工況3：依次開挖土坡、路基及管槽。

④工況4：敷設(shè)管線，回填管槽、壓實(shí)路基。

3.3 計(jì)算結(jié)果

對(duì)三維數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，旁側(cè)堆土卸載施工對(duì)既有軌道交通區(qū)間結(jié)構(gòu)位移具有顯著影響。堆土卸載完成后，累計(jì)豎向位移達(dá)到最大值，相關(guān)計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 軌道交通結(jié)構(gòu)位移

由數(shù)值模擬結(jié)果知，道路施工對(duì)車站主體結(jié)構(gòu)的最大附加水平位移約0.56mm，最大附加豎向位移為 2.7mm（隆起）；區(qū)間結(jié)構(gòu)的最大附加水平位移1.77mm，最大附加豎向位移為8.05mm（隆起），隧道變形的最小曲率半徑為5.34×104。滿足軌道交通保護(hù)的相關(guān)要求[5]。

4 結(jié)語

①上方新建市政道路施工導(dǎo)致土體應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)重新分布，導(dǎo)致軌道交通結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不同程度的變形，且主要體現(xiàn)為豎向隆起。

②軌道交通車站結(jié)構(gòu)相比區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)剛度更大，因此新建市政道路施工對(duì)軌道交通區(qū)間結(jié)構(gòu)影響較為明顯，在后期監(jiān)測(cè)過程中，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)軌道交通區(qū)間結(jié)構(gòu)的變形量及變形速率。

③根據(jù)Midas/GTS三維模擬計(jì)算結(jié)果，土方開挖執(zhí)行“分層分段，先遠(yuǎn)后近”的施工步序，可有效控制軌道交通結(jié)構(gòu)的變形速率，以減小區(qū)間快速上浮風(fēng)險(xiǎn)。