張麗平

摘要：文章主要盾構(gòu)隧道區(qū)間中間風(fēng)井內(nèi)管片局部拆除方案及拆除后隧道的問(wèn)題性進(jìn)行研究，通過(guò)SAP84軟件對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力計(jì)算，初步得出受力結(jié)果，并根據(jù)受力結(jié)果調(diào)整配筋及提出其他相應(yīng)措施，確保隧道結(jié)構(gòu)安全可靠。

關(guān)鍵詞：隧道、管片、拆除、穩(wěn)定

1 概述

某地鐵盾構(gòu)隧道區(qū)間因設(shè)計(jì)需要，須設(shè)置一個(gè)車站脫離風(fēng)井，而此風(fēng)井在正線區(qū)間內(nèi)，須在已盾構(gòu)好的隧道內(nèi)進(jìn)行管片局部拆除。

對(duì)風(fēng)井內(nèi)上部管片進(jìn)行局部切割拆除，形成可供通風(fēng)的風(fēng)口，然后將管片四周和風(fēng)井內(nèi)側(cè)墻和中隔墻通過(guò)梁板進(jìn)行密閉連接，保證下部土體和地下水無(wú)法涌入板上部空間和隧道內(nèi)部，以起到減小風(fēng)井內(nèi)土體開挖、管片拆除和施工后澆環(huán)梁的風(fēng)險(xiǎn)。

該方案需保證管片和增加梁板連接的可靠性，同時(shí)需防止盾構(gòu)隧道沉降、上浮和左右移動(dòng)的變形造成管片結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞，保證管片的整體性。根據(jù)以上要求，初步設(shè)計(jì)方案如下：

（1）挖除風(fēng)井內(nèi)土體前進(jìn)行盾構(gòu)隧道內(nèi)部支撐;

（2）挖除上部土體，切割管片;

（3）進(jìn)行增加梁板的施工;

（4）風(fēng)井內(nèi)部和管片內(nèi)部增設(shè)注漿孔注漿。

2 方案詳述

2.1 管片拆除前施工準(zhǔn)備

管片拆除前施工單位需采取針對(duì)性措施，保證風(fēng)井內(nèi)部水位穩(wěn)定在開挖面以下。如通過(guò)管片內(nèi)部注漿孔和增設(shè)注漿孔對(duì)滲水空隙進(jìn)行封堵，增加風(fēng)道內(nèi)部抽排水等。同時(shí)對(duì)風(fēng)井內(nèi)部管片采取臨時(shí)支撐措施。具體如下圖所示：

2.2 管片拆除后增加板梁方案

內(nèi)部支撐和內(nèi)襯施工好以后進(jìn)行風(fēng)井內(nèi)土體挖除和管片切割，同時(shí)對(duì)洞門進(jìn)行不間斷封堵和風(fēng)井內(nèi)抽水，該項(xiàng)工作應(yīng)合理安排工序，細(xì)化施工方案，盡量壓縮工期，減少施工風(fēng)險(xiǎn)。

選取中間三環(huán)整環(huán)管片進(jìn)行局部切割拆除，然后進(jìn)行增加板梁和外凸環(huán)梁施工。增加板梁與風(fēng)井側(cè)墻和中間隔墻的連接需可靠，鑿毛風(fēng)井內(nèi)側(cè)墻，在側(cè)墻植筋與增加水平板連接，鑿?fù)钢懈魤?，使增加水平板與兩隧道中間腔體內(nèi)增加的水平板形成一個(gè)整體;增加水平板與既有管片可靠連接，在混凝土管片內(nèi)植筋。風(fēng)井端墻處弧形混凝土管片采用外凸環(huán)梁的形式與風(fēng)井端墻連接，將外凸的所有管片全部包住，在端墻和混凝土管片內(nèi)植筋，外凸環(huán)梁的環(huán)向鋼筋錨入增加的水平板，外凸環(huán)梁與水平板一次性澆筑。如圖2所示。

3 管片與板連接結(jié)點(diǎn)處受力分析

3.1 計(jì)算模型

選取風(fēng)井內(nèi)管片開孔后在運(yùn)營(yíng)期的工況為計(jì)算斷面。

根據(jù)隧道所在地層主要計(jì)算參數(shù)取值如下：

（1）地下水位深度（m）：歷年最高潛水位標(biāo)高2.63m（水土分算）。

（2）土層重度γ（kN/m3）：19

管片計(jì)算比較成熟的計(jì)算方法為η-ζ法（即慣用法）：首先將單環(huán)以勻質(zhì)圓環(huán)計(jì)算，但考慮環(huán)向接頭存在，圓環(huán)整體的彎曲剛度降低，取圓環(huán)抗彎剛度為ηEI（η為<1的彎曲剛度有效率，本次計(jì)算η取0.8計(jì)算），算出圓環(huán)水平直徑處變位y后，計(jì)入兩側(cè)抗力PP=k·y。然后考慮錯(cuò)縫拼裝后整體補(bǔ)強(qiáng)效果，進(jìn)行彎矩的重分配。由于本計(jì)算需考慮對(duì)管片開孔，無(wú)法使用慣用法進(jìn)行計(jì)算分析。

本計(jì)算采用SAP84軟件對(duì)管片進(jìn)行有限元分析，將管片視為均質(zhì)圓弧，采用全周徑向只能受壓彈簧和切向的拉壓彈簧對(duì)地層進(jìn)行約束，不考慮管片接頭的影響，對(duì)管片剛度進(jìn)行折減，乘以0.8折減系數(shù)。

采用sap模型對(duì)管片受力進(jìn)行平面分析，取寬度1m單元進(jìn)行計(jì)算，考慮到管片開孔處約束介于簡(jiǎn)支和固支之間，對(duì)開孔處約束分別按簡(jiǎn)支和固支進(jìn)行計(jì)算，按照保守計(jì)算，端部支座軸力和剪力值取兩個(gè)計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)值。結(jié)算結(jié)果沒(méi)有計(jì)算荷載分項(xiàng)系數(shù)。計(jì)算模型如圖3所示。

3.2 計(jì)算結(jié)果

通過(guò)SAP84軟件對(duì)管片進(jìn)行有限元分析，管片開頭端部的剪力圖、軸力圖和彎矩圖如下所示：

通過(guò)計(jì)算得到管片開頭端部的剪力、軸力和彎矩最大值分別為：164.8kN、960.4 kN、148.6 kN.m。

3.3 最不利情況受力分析

對(duì)此三個(gè)受力指標(biāo)分別考慮最不利情況進(jìn)行受力分析。

（1）剪力

根據(jù)“與管片連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖”，此處剪力作用面可簡(jiǎn)化為寬度1m，高度550mm的板結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)砼規(guī)6.3.3-1條，在不考慮箍筋和彎起鋼筋的條件下，V=0.7×1.57×1000×300=329.7 kN>164.8×1.1=181.3 kN，可滿足要求。

另外考慮該處管片的徑向和環(huán)向均進(jìn)行植筋連接，該節(jié)點(diǎn)處抗剪完全可滿足要求。

（2）軸力

該處軸力作用于后施工板上，采取最為保守情況，考慮該軸力均勻施加于一根350寬、750高的梁上（連接點(diǎn)沿管片中線至板邊的距離約為780mm），如考慮該梁為兩端固支，跨度2.8m梁，則梁端部的最大彎矩為627.5 kN.m。通過(guò)計(jì)算知：

單筋矩形截面或翼緣位于受拉邊的T形截面受彎構(gòu)件受壓區(qū)高度 x 按下式計(jì)算：

配筋面積為3185 mm2，采用6φ28配筋方可滿足要求，故對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)配筋。

由于該計(jì)算僅考慮最不利情況，故采用該節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造方式可滿足要求。

（3）彎矩

該處彎矩為148.6 kN.m，板厚550mm，板寬1000mm，通過(guò)計(jì)算最小配筋率即可滿足抗彎要求，實(shí)際該處配筋為φ20@150，完全可滿足該處抗彎要求。

4 結(jié)論

通過(guò)計(jì)算分析，采取以上的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和配筋形式，完全可以滿足管片的受力要求。但由于管片受力情況復(fù)雜，且該處管片受力存在剛性節(jié)點(diǎn)，與管片塊與塊之間的柔性連接相沖突，需盡量采取措施避免管片的沉降或變形。

需對(duì)增加水平板下方及管片下方土體進(jìn)行注漿充填，保證管片周邊土體密實(shí)，防止管片移位變形或沉降導(dǎo)致管片結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張冬梅，宗翔，黃宏偉.盾構(gòu)隧道掘進(jìn)引起上方已建隧道的縱向變形研究[J].巖土力學(xué). 2014（09）

金華市市軌道交通集團(tuán)運(yùn)營(yíng)有限公司 浙江金華 321000