城市新建過街通道上穿地鐵區(qū)間隧道安全性分析
摘要：新建地鐵車站出入口超淺埋暗挖過街通道上穿已建成營運中地鐵1號線區(qū)間隧道，兩者結(jié)構(gòu)凈距只有715mm，為確保施工安全、地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)安全及正常運營，文章通過計算分析通道施工對既有區(qū)間隧道的影響，為科學(xué)決策提供可靠的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：超淺埋通道，地鐵區(qū)間，既有隧道，近鄰施工
1、引言
近年來，城市軌道交通建設(shè)如火如荼，出現(xiàn)大量在既有地下結(jié)構(gòu)周圍修建新的地鐵、鐵路隧道及其它一些市政工程現(xiàn)象，且越來越多，距離越來越近。這勢必造成新建結(jié)構(gòu)對既有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的影響關(guān)系，對既有結(jié)構(gòu)受力和變形不利。在新建結(jié)構(gòu)的施工過程中會改變既有結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)及受約束邊界條件，若是施工不當(dāng)造成既有結(jié)構(gòu)承載力下降，變形過大直至開裂必然會影響既有結(jié)構(gòu)正常運營。為此必須對既有結(jié)構(gòu)在新建結(jié)構(gòu)施工過程中進行安全性評估。
2、工程概況
某新建地鐵淺埋暗挖出入口通道上穿既有地鐵線左、右線主體隧道，兩者結(jié)構(gòu)盡距為715mm，且既有線主體隧道施工橫通道與主體隧道交點位于出入口通道與主體隧道重疊位置處。其中既有地鐵線主體隧道二次襯砌為素砼結(jié)構(gòu)，受力全部由初期支護承擔(dān)。具體相互關(guān)系如(圖1、2)所示。
圖1新建出入口通與既有地鐵左右線隧道平面位置關(guān)系圖
圖2新建出入口通與既有地鐵左右線隧道剖面位置關(guān)系圖
3、工程地質(zhì)
由地面至既有地鐵隧道底部主要地層為：人工填土層<1>；淤泥、淤泥質(zhì)土層<2-1>;粉細(xì)砂層<3-1>；中粗砂層<3-2>；沖積~洪積粘性土層<4-1>；可塑狀殘積粉質(zhì)粘土層<5-1>；硬塑或密實狀殘積粉質(zhì)粘土層<5-2>；巖石全風(fēng)化帶<6>；巖石強風(fēng)化帶<7>；巖石中風(fēng)化帶<8>；巖石微風(fēng)化帶<9>。各地層主要物理力學(xué)指標(biāo)見(表1)。
表1土層主要物理力學(xué)指標(biāo)表
4、計算分析
4.1計算模型的建立
新建出入口通道與既有地鐵隧道平面近似正交，剖面上緊貼。出入口通道處于城市主干道之下，埋深淺，平均只有4.7m，屬于超淺埋隧道。新建出入口通道隧道施工本身的安全及其施工對既有隧道安全性影響為本工程重點。鑒于既有地鐵隧道建設(shè)年代久遠(yuǎn)，其隧道結(jié)構(gòu)本身的特殊性，對出入口通道施工既有隧道結(jié)構(gòu)的影響分析評價至關(guān)重要。
出入口通道隧道在既有隧道施工時是對既有隧道拱頂卸載的過程，改變了既有隧道受力工況，結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生重分布，隧道結(jié)構(gòu)局部有上拱的趨勢。為了定量得出新建出入口對既有隧道影響，本文以既有隧道結(jié)構(gòu)為研究對象，采用有限元軟件模擬通道施工的卸載工況，進行三維有限元分析計算。
由于既有隧道結(jié)構(gòu)二次襯砌為素砼結(jié)構(gòu)，故本文計算不考慮其承載作用，僅以初期支護結(jié)構(gòu)為受力對象。本文采用Ansys軟件用殼單元長桶形結(jié)構(gòu)模擬既有隧道結(jié)構(gòu)受力工況。
4.2計算結(jié)果分析如(圖3-9)
圖3既有線隧道橫向彎矩圖（一）圖4既有線隧道橫向彎矩圖（二）
圖5既有線隧道縱向彎矩圖（一）圖6既有線隧道縱向彎矩圖（二）
圖7既有線隧道變形圖（一）圖8既有線隧道變形圖（二）
圖9隧道沉降示意圖
根據(jù)圣維南原理，既有隧道距離新建出入口通道較遠(yuǎn)部分受力為實際受力工況，不受出入口通道施工的影響，那么兩端與中部內(nèi)力及變形的差異即為出入口通道施工引起既有隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形的變化，從以上縱、橫向彎矩圖可以看出，隧道中部彎矩相比兩邊較小，是由于拱頂卸載左右所導(dǎo)致，只是內(nèi)力分布發(fā)生了變化，從具體結(jié)果看出，實際內(nèi)力變小，既有隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力是安全的；同時由于通道施工卸載作用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形減小，即隧道沉降示意圖中，隧道有上拱的趨勢，根據(jù)圖中沉降差值小于5mm，亦可以認(rèn)為既有隧道結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，不影響其正常運營�！ �
5、 結(jié)論
本文采用有限元軟件模擬實際施工工況，通過定量的分析結(jié)果可以看出，新建出入口通道隧道在既有隧道上方正常施工，對既有隧道結(jié)構(gòu)影響較小，仍處于安全狀態(tài)。目前該工程已施工完畢，現(xiàn)場情況及各項監(jiān)測結(jié)果與計算分析結(jié)果基本吻合。
由此可見，三維有限元模擬比較真實地反映出施工過程中內(nèi)力重分布的變化情況，計算結(jié)果證明上跨既有隧道的新建出入口通道施工是可行的，為將來類似工程提供了借鑒�！�
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