- 相關(guān)推薦
芻議上跨下穿施工對城市軌道交通既有隧道的影響的建筑工程論文
摘 要：在城市軌道交通線(xiàn)網(wǎng)規劃、建設中，對新建線(xiàn)路、市政管線(xiàn)等其它工程穿越既有線(xiàn)路的問(wèn)題不可避免地會(huì )遇到，可能會(huì )嚴重威脅既有城市軌道交通線(xiàn)結構。穿越盾構隧道施工并不是新課題，不少學(xué)者已對數值模擬及現場(chǎng)監測等方法進(jìn)行了采用，并展開(kāi)了研究。
關(guān)鍵詞：盾構法；上跨下穿；近接施工；有限元分析
文章從最小凈距和最大隆沉量方面對上海、廣州、深圳等地鐵隧道上跨下穿施工項目的監測數據進(jìn)行了統計。文章以蘇州軌道交通1、2號線(xiàn)為工程背景，采用有限元方法，研究城市軌道交通新建線(xiàn)路、市政管線(xiàn)等其它工程穿越既有城市軌道交通線(xiàn)路時(shí)，既有城市軌道交通線(xiàn)路位移場(chǎng)及應力場(chǎng)的變化規律，為新建城市軌道交通線(xiàn)路的設計、施工和既有線(xiàn)路的安全保護提供參考。
1 穿越施工有限元模型
蘇州軌道交通的建設相對較晚，相應的研究較少。文獻[1]以蘇州軌道交通2號線(xiàn)為背景，研究了盾構近鄰平行隧道對地層變形的影響。文獻[2]以蘇州軌道交通1號線(xiàn)為背景，模擬了盾構隧道施工過(guò)程，得到了地表沉降槽曲線(xiàn)。文獻[3]結合蘇州軌道交通1號線(xiàn)臨頓路站—倉街站區間盾構工程實(shí)例研究盾構隧道管片壁后注漿材料、注漿參數、二次補漿、各項掘進(jìn)參數對地表隆起和沉降變形的影響。隨著(zhù)后續線(xiàn)路的建設不可避免地將要遇到新建線(xiàn)路、市政管網(wǎng)穿越城市軌道交通既有線(xiàn)路的難題。因此，結合蘇州地區的地質(zhì)特點(diǎn)開(kāi)展近距離穿越城市軌道交通既有線(xiàn)路工程研究顯得尤為迫切。蘇州軌道交通1號線(xiàn)位于蘇州城區的東西軸向，線(xiàn)路全長(cháng)約25.74km，平均埋深約15m。全線(xiàn)均為地下車(chē)站。2號線(xiàn)為南北向，線(xiàn)路全長(cháng)26.6km，高架線(xiàn)路約7km，其余均為地下線(xiàn)。2號線(xiàn)盾構區間隧道結構采用裝配式C50鋼筋混凝土管片襯砌，盾構管片外徑6.2m、內徑5.5m、厚0.35m、環(huán)寬1.2m；每環(huán)管片由1塊封頂塊、2塊鄰接塊和3塊標準塊組成，采用錯縫式拼裝。
根據蘇州軌道交通的實(shí)際情況，建立新建隧道、市政管線(xiàn)上跨和下穿既有軌道交通線(xiàn)路的有限元計算模型。計算新建隧道（或市政管線(xiàn)）以不同外徑、不同豎向凈距穿越施工對既有隧道的影響。計算模型土層依據蘇州地區的某開(kāi)發(fā)地塊項目的地層，共11層，土體采用摩爾-庫倫模型。具體參數。隧道管片采用線(xiàn)彈性模擬，彈性模量為35.5GPa，泊松比為0.16。土體和管片均采用8節點(diǎn)四面體實(shí)體單元模擬�？紤]到市政交通隧道上跨往往不能滿(mǎn)足上覆土的厚度要求，上跨的市政管線(xiàn)更容易滿(mǎn)足此項要求，因此上跨計算選擇外徑D=1m、3m、5m、6.2m四種，下穿僅計算D=6.2m。
盾構隧道施工地層損失率一般在0.2%～2%，故計算中假定地層損失率為1%，不考慮地下水的影響。
2 上跨施工對既有隧道結構的影響
2.1 新建隧道或管線(xiàn)的外徑對既有隧道的影響
新建隧道和市政管線(xiàn)跨穿施工時(shí)，既有隧道沿縱向隆起形成“反沉降槽”；既有隧道被跨處隆起量最大，向兩端隆起量逐漸減小。隨著(zhù)新建工程外徑的增大，既有隧道最大隆起量不斷增大，但均在10mm以?xún)�；外�?.2m時(shí)既有隧道最大隆起量為8.8mm，是外徑1m時(shí)既有隧道最大隆起量（0.5mm）的17.6倍。既有隧道的隆起量隨著(zhù)新建隧道、市政管線(xiàn)的直徑增加而明顯增大。
既有隧道與新建隧道（管線(xiàn)）空間交叉處，既有隧道頂部拉應力明顯集中。既有隧道最大拉應力值隨著(zhù)新建隧道或管線(xiàn)外徑的減小而減小，并且應力集中的范圍也隨著(zhù)外徑的減小而減小。
2.2 豎向凈距對既有隧道的影響
新建隧道和不同外徑的市政管線(xiàn)上跨施工時(shí)，隨著(zhù)豎向凈距的增加，既有隧道豎向位移均呈減小的趨勢，但減小速率較慢，尤其是新建市政管線(xiàn)外徑較小時(shí)，減小速率更加緩慢。凈距對既有隧道隆起的影響較外徑的影響小。
新建隧道和市政管線(xiàn)以不同豎向凈距上跨施工時(shí)，既有隧道最大主應力變化曲線(xiàn)。既有隧道管片混凝土強度為C50，抗拉強度設計值為2.07MPa，施工中既有隧道最大拉應力不宜超過(guò)混凝土抗拉強度設計值。上跨施工時(shí)既有隧道最大拉應力隨著(zhù)豎向凈距的增大而減小。
3 下穿施工對既有隧道結構的影響
由于市政管線(xiàn)下穿城市軌道交通既有隧道的情況極少，僅就新建隧道下穿城市軌道交通既有隧道進(jìn)行分析。新建隧道下穿施工時(shí)，既有隧道沿縱向沉降且形成“沉降槽”；既有隧道在被下穿處的沉降量最大，到兩端沉降量不斷減小。隨新建隧道與既有隧道豎向凈距的增加，既有隧道沉降量減小。經(jīng)模擬分析，既有隧道沉降量均在10mm以?xún)�。在既有隧道與新建隧道空間交叉處，既有隧道頂部拉應力集中，最大拉應力隨豎向凈距的增加而減小，但應力集中的范圍稍有增大。
下穿施工時(shí)既有隧道最大拉應力隨豎向凈距的變化曲線(xiàn)。新建隧道下穿施工的4種工況中，凈距為1m和2.5m的工況下既有隧道最大拉應力超過(guò)了混凝土抗拉強度設計值；當凈距>3m時(shí)，既有隧道最大拉應力均小于抗拉強度設計值。因此，在文章假定的既有隧道埋深15m，地層損失率為1%的情況下，應限制新建隧道在凈距3m以?xún)鹊南麓┦┕�，凈�?m以上的下穿工程，應注意采取措施，嚴格控制地層損失率，以保證既有隧道的結構安全。
4 數值計算與工程實(shí)測對比
數值計算上跨施工的案例，既有隧道發(fā)生隆起，與實(shí)測規律一致；數值計算隆起量值均在10mm以?xún)�，�?shí)測隧道隆起量一般在5mm以?xún)�，兩者數量級一致。這說(shuō)明數值計算結果可靠，而實(shí)際施工中對地層損失率的控制更加嚴格。
由實(shí)測值可見(jiàn)，下穿施工時(shí)既有隧道豎向位移最大值并不統一，有沉降也有隆起，但均控制在±10mm內。數值模擬結果沉降控制在10mm以?xún)�，與實(shí)測值接近，說(shuō)明數值計算結果可靠。
5 結語(yǔ)
文章結合蘇州地區的地質(zhì)和城市軌道交通的特點(diǎn)，采用數值模擬方法研究上跨、下穿工程施工對既有地鐵隧道結構穩定性的影響，新建隧道和市政管線(xiàn)上跨施工時(shí)，既有地鐵隧道豎向產(chǎn)生隆起，且沿縱向形成“反沉降槽”。新建隧道下穿施工時(shí)，既有地鐵隧道豎向產(chǎn)生沉降，且沿縱向形成“沉降槽”。隨豎向凈距的增加，既有地鐵隧道的沉降量減小。與新建隧道空間交叉處，既有地鐵隧道頂部拉應力集中，最大拉應力和應力集中范圍隨豎向凈距的增加而減小。上跨下穿既有隧道施工，由于地層損失引起既有隧道周邊位移場(chǎng)、應力場(chǎng)的重分布，從而對結構產(chǎn)生較大的安全影響。在工程施工中，應結合工程實(shí)際情況具體分析，并采取必要的保護措施，精心施工、加強管理尤其重要。
參考文獻
[1] 蘇曼.盾構近鄰平行隧道對地層變形的影響研究[J].山西建筑， 2012，38（28）：198.
[2] 江帆，胡群芳，黃宏偉.盾構隧道施工Plaxis2D數值模擬分析[J].現代隧道技術(shù)，2010（增刊）：366.
[3] 王輝.蘇州地鐵盾構工程地面隆沉控制分析[J].鐵道建筑技術(shù)， 2010（08）：53.
[4] 魏剛.盾構隧道施工引起的土體損失率取值及分布研究[J].巖土工程學(xué)報，2010，32（09）：1354.
【芻議上跨下穿施工對城市軌道交通既有隧道的影響的建筑工程論文】相關(guān)文章：
淺層穿越水庫隧道施工技術(shù)論文11-18
分析公路隧道防水的施工技術(shù)論文11-18
建筑工程施工論文07-16
優(yōu)秀樁基施工建筑工程論文11-29
建筑工程施工論文【熱門(mén)】07-17
淺談公路隧道施工03-18
建筑工程管理影響因素與對策論文06-07
建筑工程施工中的影響因素分析06-03