歐振鋒 何 娜

(1.廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060；2.廣東開放大學(xué)（廣東理工職業(yè)學(xué)院），廣東 廣州 510091)

0 引言

綜合管廊是將兩類及以上工程管線集中設(shè)置于同一管廊內(nèi)，實現(xiàn)地下管線的集約化管理。隨著城市化進(jìn)程不斷深入推進(jìn)，為提高城市國土空間利用效率，通常會將綜合管廊與道路進(jìn)行共建。在我國沿海城市，由于軟土分布廣泛，對于共同建設(shè)在深厚軟土區(qū)的管廊與道路，管廊所在位置土體被挖空，其下方軟基承受的荷載將小于其他位置，管廊與所在道路的剛?cè)徇^渡段極易出現(xiàn)裂縫、跳車和路面塌陷等，給道路行車、行人的舒適性與安全性帶來較大影響。

關(guān)于軟土地區(qū)管廊與道路沉降，國內(nèi)外學(xué)者通過現(xiàn)場實測監(jiān)測、理論分析和數(shù)值計算等方法，對其形成原因、機(jī)理和分布特征[1-3]，及其對管廊與路面結(jié)構(gòu)受力影響[4-7]等開展了較多研究，提出沉降預(yù)測方法和減沉加固措施[8-11]。例如，周秋月與余湘娟等針對南京市某綜合管廊工程中采用的鋼板樁加二道鋼支撐支護(hù)方式進(jìn)行的管廊基坑監(jiān)測表明，地面沉降量隨著基坑開挖而增大，而沉降速率逐漸減小，第二道支撐軸力受開挖速度及支撐架設(shè)時間等因素影響。張旭文基于管廊-不均勻土體無限長梁模型與有限長梁模型，給出了單個集中荷載作用下拼裝式管廊縱向內(nèi)力和變形分布形式；并針對幾種典型沉降類型（馬鞍型、凹陷型、漸緩型和突變型），考慮管-土相互作用，利用ABAQUS對單艙管廊結(jié)構(gòu)受力特征進(jìn)行三維數(shù)值分析，分析表明管廊側(cè)板與腋角相接處應(yīng)力較集中，此處易受破壞。

盡管文獻(xiàn)中有關(guān)深厚軟土地區(qū)管廊與道路沉降的研究較多，但對兩者相互作用下的變形規(guī)律認(rèn)識仍有待深化。本文結(jié)合廣州南沙軟土地區(qū)某裝配式綜合管廊項目，通過建立管廊-道路三維數(shù)值模型，進(jìn)行綜合管廊與道路共建時不均勻沉降特性與控制的數(shù)值模擬分析，所得成果可為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

廣州南沙綜合管廊工程項目的管廊斷面均為3.8m×3.7m單艙矩形形式，管節(jié)厚度35cm；采用整體預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)，節(jié)段長度為2m，相鄰管節(jié)選用承插式接口形式拼接。項目所在區(qū)域典型土層斷面分布如圖1所示，自上而下分別為素填土、淤泥、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂和砂質(zhì)黏土，其中分布著深厚軟土層，管廊與道路共建易產(chǎn)生不均勻沉降。為控制管廊與道路共建時路面不均勻沉降，該項目對綜合管廊基礎(chǔ)及兩側(cè)路基進(jìn)行加固處理（如圖1所示）。其中，綜合管廊基坑采用鋼板樁或SMW工法樁加內(nèi)支撐的圍護(hù)形式，基坑被動區(qū)加固采用水泥攪拌樁三軸Φ850@600×600進(jìn)行處理；在管廊基坑開挖至坑頂施工面后進(jìn)行基坑兩側(cè)水泥攪拌樁復(fù)合地基二次處理，水泥攪拌樁直徑0.5m，正三角形布置，間距1.3m，水泥攪拌樁處理至綜合管廊基礎(chǔ)外5m范圍；同時在水泥攪拌樁與管廊間設(shè)置5m寬搭板。

圖1 管廊與道路共建立面布置與典型土層分布

2 模型建立及參數(shù)選取

2.1 模型建立與網(wǎng)格劃分

進(jìn)行管廊與道路共建過程不均勻沉降分析時，以區(qū)域典型土層分布為土層劃分依據(jù)。為降低邊界對計算結(jié)果的影響，計算模型底面取至管廊基坑支護(hù)樁底面5m以下（約5～10倍樁徑），道路橫斷面方向取至道路邊線，路線縱斷面方向取1倍路基寬度，模型整體尺寸為36m×36m×32.3m；模型底面固定，側(cè)面法向約束。計算網(wǎng)格模型如圖2所示，除了管廊基坑鋼支撐為梁單元外，土層及其他結(jié)構(gòu)均為實體單元。圖3 所示為管廊和道路主要結(jié)構(gòu)布置。

圖2 三維網(wǎng)格模型

圖3 管廊和道路主要結(jié)構(gòu)（立面圖）

2.2 本構(gòu)模型與材料參數(shù)選擇

巖土本構(gòu)模型需較好地描述土體的真實力學(xué)-變形特性，在涉及基坑開挖和路基填筑施工過程模擬中，選用修正莫爾庫倫模型比較合適。本文分析中的有限元模型對主要土層和坑底加固土采用了修正莫爾-庫倫模型，中風(fēng)化巖、鋼板樁、SMW工法樁、鋼筋混凝土冠梁和鋼支撐等采用了線彈性模型進(jìn)行模擬。相關(guān)參數(shù)見表1、表2所示。

表1 巖土材料主要模型參數(shù)

表2 其他材料參數(shù)

3 數(shù)值計算工況與計算結(jié)果分析

3.1 荷載施加

荷載主要包括土體自重，行車道車輛荷載和人群荷載。土體自重，水位以上取天然重度，水位以下取飽和重度，管廊基坑開挖階段，基坑外側(cè)計算水位按常水位（5.5m）計算，基坑內(nèi)側(cè)水位取坑底以下1m。依據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01-2014)第7.0.4條，在雙向行車道各布置4輛車輛荷載；人行道人群荷載取3.0kN/m2，非機(jī)動車道人群荷載取3.0×1.15=3.45kN/m2。

3.2 計算工況

該項目分析共設(shè)置5個工況：初始地應(yīng)力分析、管廊基坑開挖、管廊基坑回填、路基路面施工和車輛荷載和人群荷載施加。

3.3 路面不均勻沉降計算結(jié)果分析

圖4～圖5給出了路面沉降的分布。路面沉降橫向關(guān)于道路中線呈W型分布，靠近管廊側(cè)沉降相對小些，這主要是因為管廊掏空部分土層，使得管廊處土層載荷相對較小。路面最大沉降為5.6mm，位于遠(yuǎn)離管廊側(cè)左行車道后排車輛中軸外側(cè)；靠近管廊側(cè)右行車道最大沉降為4.8mm，兩者相差0.8mm。

圖4 路面整體沉降云圖

圖5 路面最大沉降處斷面沉降云圖

3.4 路面不均勻沉降控制效果分析

該項目在管廊兩側(cè)各設(shè)置5m寬搭板，搭板可以將上部路基荷載均勻分散至管廊及管廊兩側(cè)土層中，降低路面差異沉降。為分析搭板對路面沉降控制的積極作用，對無搭板情況下路面沉降展開了分析。圖6給出了有搭板和無搭板情況下路面沉降對比。從圖6可知，搭板的設(shè)置可降低路面總體沉降10%，差異沉降減少了20%。這說明搭板對降低路面總體沉降和差異沉降具有積極作用。

圖6 有搭板和無搭板情況下路面沉降對比

4 結(jié)束語

本文以某裝配式綜合管廊工程為例，通過建立管廊-道路-土體三維有限元數(shù)值計算模型，分析了管廊與道路共建時不均勻沉降的特征，并分析了設(shè)置搭板對不均勻沉降的控制效果，結(jié)論如下：

（1）管廊與道路共建時，路面沉降呈W型分布，靠近管廊側(cè)路面沉降相對較小，管廊兩側(cè)路面最大沉降相差0.8mm。

（2）數(shù)值分析表明，搭板的設(shè)置可降低路面總體沉降10%，差異沉降減少了20%；說明在管廊兩側(cè)設(shè)置搭板可有效降低路面不均勻沉降。