地鐵安全保護區內地塊施工隧道影響分析
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摘要：以無錫市鄰近地鐵3號線某地塊項目為例，采用三維有限元方法分析模擬了該地塊從基坑開挖到上部結構施工全過程對鄰近既有地鐵隧道的影響，具有重要的工程意義。
關鍵詞：變形，有限元，區間隧道
1概述
隨著經濟的發展，多個城市開始大力修建地鐵。地鐵作為城市的交通大動脈，不可避免地會在其安全保護區范圍內進行地塊施工，這些施工活動會引起鄰近地鐵隧道結構產生較大的附加內力和變形，從而影響正常使用。目前，已有許多學者進行了相關研究。陳魯等［1］以具體工程項目為例，采用三維有限元方法，分析研究了基坑開挖對隧道的影響；韓偉等［2］建立有限元模型研究分析了基坑二次開挖和上部結構對盾構區間的影響；況龍川等［3］結合工程實踐，根據隧道檢測數據分析了影響隧道的主要因素。基于此，本文以無錫市鄰近地鐵3號線某地塊項目為例，采用三維有限元分析軟件Midas⁃NX，對其施工對既有地鐵區間隧道的影響進行分析。
2工程概況
擬建地塊項目為一棟商業樓，地下設一層車庫，并對現有的售樓處進行部分拆除。地下室結構邊線與地鐵3號線區間隧道結構外邊線最小水平凈距為12．4m，既有的售樓處為臨時建筑，因建筑用途的改變擬變更為商業樓，擬對現狀售樓處局部拆除，拆除后售樓處結構邊線與地鐵3號線區間隧道最小水平凈距為10．96m，平面布置見圖1。該項目場地現狀標高＋3．400m～＋3．800m，基坑開挖深度約5．7m～6．1m，鄰近地鐵側局部集水井處基坑局部加深1m，鄰近地鐵側圍護結構采用ϕ850＠1200mm三軸攪拌樁套打ϕ1000＠1200mm鉆孔灌注樁，鉆孔樁樁長13．2m，攪拌樁樁長17m，進入⑥⁃1層黏土層2m，基坑圍護結構邊界與地鐵3號線區間隧道結構最小水平凈距10．1m，剖面關系如圖2所示。本場地勘察深度范圍內以淺地基土主要為第四系全新統～中更新統下段沉積地層，參考本項目地勘報告，基底主要位于②層黏土層及③層粉質黏土層中。各土層物理力學性能參數如表1所示。基坑四周布置有封閉的三軸攪拌樁止水，樁體進入⑥層粉質粘土層2m，可形成封閉的止水帷幕，基坑開挖施工對周邊地下水位影響較小。
3計算分析
3．1有限元模型建立
結合項目場地及周邊環境條件，考慮消除邊界效應的影響，計算模型X方向寬185m，Y方向184m，Z方向40m。有限元模型如圖3所示，模型中土層采用修正摩爾庫侖本構模型。地面荷載均以20kPa超載形式考慮，上部結構按15kPa每層考慮。模型參數如表2所示。本次計算按地塊項目后行施工，地鐵結構先行施工考慮。模擬過程共分為7個計算步驟，分別為：初始工況、位移清零、售樓處拆除、圍護樁施工、基坑開挖到底、地下室結構施工和上部結構加載。
3．2計算結果
采用Midas⁃NX有限元軟件進行三維分析計算，計算結果如表3所示。拆除既有售樓處為卸載影響，區間隧道最大豎向位移為0．7mm，最大水平位移為0．255mm；圍護樁施工導致區間隧道產生少量的沉降量，施工完成后隧道最大沉降量為－0．965mm，最大水平位移為－0．492mm；基坑開挖后導致局部地層產生卸載回彈，鄰近左線隧道受基坑開挖影響較大，最大上浮量達到2．062mm，最大水平位移達到3．529mm，隧道最大水平收斂為1．19mm，隧道最小變形曲率半徑為170198m，軌道10m差異沉降量為0．946mm，滿足地鐵變形控制指標。結構回筑后由于場地內荷載的增加，地鐵結構上浮狀態得到一定程度的改善，區間隧道上浮量為1．45mm，最大水平位移為2．889mm；上部商業樓施工后，區間隧道最終沉降量為1．111mm，最大水平位移為1．197mm，隧道最大水平收斂為0．89mm，軌道10m差異沉降量為0．857mm，變形曲率半徑為177483m，滿足地鐵變形控制指標［5］。從計算結果可知，區間隧道在整個施工周期內產生的最大豎向位移為2．062mm，最大水平位移為3．529mm，經復核隧道變形及軌道平順度可滿足地鐵結構變形控制指標。
4結論
基于三維有限元分析方法，本文分析了地鐵安全保護區內地塊施工對鄰近地鐵隧道的影響。1）地塊內基坑開挖后導致局部地層產生卸載回彈，鄰近的線隧道受基坑開挖影響較大。大面積深基坑施工時，建議考慮分區施工。2）地面結構的加載致周邊地層產生一定的沉降量，對隧道10m弦長不均勻沉降和曲率半徑影響較大。地鐵安全保護區內高層結構施工中應采取有效措施減少工后沉降。3）根據計算結果，隧道變形及軌道平順度可滿足地鐵結構變形要求。在工程實施前，利用三維有限元分析地鐵保護區內實施項目對地鐵隧道的影響，對后期設計方案的調整具有指導意義。
參考文獻：
［1］陳魯，周瑩，程智偉．深大基坑施工對鄰近地鐵結構的安全性影響分析［J］．鐵道設計標準，2015（5）：130⁃132．
［2］韓偉，王余鵬．基坑開挖對既有地鐵區間隧道影響研究［J］．福建建筑，2020（7）：80⁃87．
［3］況龍川．深基坑施工對地鐵隧道的影響［J］．巖土工程學報，2000（5）：284⁃288．
［4］JGJ120—2012，建筑基坑支護技術規程［S］．
［5］CJJ／T202—2013，城市軌道交通結構安全保護技術規范［S］．
作者：范佳俊 單位：無錫市軌道建設設計咨詢有限公司
