黃土盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋FLAC3D預(yù)測(cè)與施工安全防控技術(shù)

曹　振， 楊　鋒， 張　寧,3

(1.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司, 陜西 西安　710018； 2.中鐵十五局集團(tuán)有限公司, 上?！?00070；

3.西安科技大學(xué), 陜西 西安　710054)

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黃土盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋FLAC3D預(yù)測(cè)與施工安全防控技術(shù)

曹振1， 楊鋒2,3， 張寧1,3

(1.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司, 陜西 西安710018； 2.中鐵十五局集團(tuán)有限公司, 上海200070；

3.西安科技大學(xué), 陜西 西安710054)

摘要：黃土地區(qū)地鐵盾構(gòu)施工安全防控技術(shù)研究具有較高的理論意義與應(yīng)用價(jià)值，位于黃土地區(qū)的西安地鐵盾構(gòu)工程具有地表?xiàng)l件復(fù)雜、穿越文物和建(構(gòu))筑物多等特點(diǎn)。以西安地鐵二號(hào)線(xiàn)安遠(yuǎn)門(mén)—北大街區(qū)間盾構(gòu)隧道施工下穿護(hù)城河拱橋工程為背景，采用FLAC3D數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)了盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋施工引起的拱橋變形，計(jì)算結(jié)果表明，在施工前必須對(duì)拱橋及下方地層進(jìn)行加固，才能確保施工過(guò)程拱橋安全穩(wěn)定。提出在拱橋區(qū)域內(nèi)堆載沙袋、在拱橋基礎(chǔ)背后進(jìn)行袖閥管注漿的加固措施，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，拱橋變形在允許范圍之內(nèi)，提出的施工安全防控技術(shù)合理有效。

關(guān)鍵詞：黃土地區(qū)； 盾構(gòu)隧道； 護(hù)城河拱橋； 數(shù)值模擬； 防控技術(shù)

0引言

隨著我國(guó)城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市交通面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)和挑戰(zhàn)[1-3]。城市地鐵以其低污染、低能耗、高效率的優(yōu)勢(shì)成為大城市走出交通困境的首選[4-6]，但是城市軌道交通工程的施工會(huì)對(duì)周?chē)貙赢a(chǎn)生擾動(dòng)，威脅臨近建筑物的安全使用[7]。預(yù)防和控制盾構(gòu)施工鄰近建筑物變形一直是城市地鐵建設(shè)中研究的重點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這方面的研究較多，也取得了不少成果，如文獻(xiàn)[8]采用數(shù)值模擬方法對(duì)西安地鐵三號(hào)線(xiàn)大雁塔—北池頭區(qū)間盾構(gòu)隧道下穿陜西正和醫(yī)院引起的樓房變形規(guī)律進(jìn)行了研究,提出了施工前加固樓房基礎(chǔ)的變形控制措施；文獻(xiàn)[9-12] 也對(duì)這方面進(jìn)行了研究，分別提出了相應(yīng)的建筑物及地表變形控制標(biāo)準(zhǔn)。但是以上文獻(xiàn)沒(méi)有形成統(tǒng)一的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，部分文獻(xiàn)提出的加固措施尚存在優(yōu)化空間，而且以上研究主要針對(duì)樓房變形控制技術(shù)，對(duì)于黃土地區(qū)盾構(gòu)下穿古跡引起的古代建筑物變形控制技術(shù)研究較少，然而由于西安古城文物古跡眾多，地鐵線(xiàn)路下穿古跡不可避免。

西安護(hù)城河是古城堡防御體系的重要組成部分，具有重要的歷史意義，由于盾構(gòu)隧道需穿過(guò)黃土地層，而黃土作為一種特殊土，具有遇水后強(qiáng)度迅速降低、變形增大的特性，給施工增加了難度；因此，盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋變形規(guī)律和防控技術(shù)急需研究。本文以西安地鐵穿越北門(mén)外護(hù)城河為例，通過(guò)建立力學(xué)模型，運(yùn)用數(shù)值模擬計(jì)算不同開(kāi)挖方法引起的地表沉降量及結(jié)構(gòu)變形，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，在此基礎(chǔ)上，提出施工安全防控技術(shù)。

1工程概況

西安市地鐵二號(hào)線(xiàn)安遠(yuǎn)門(mén)—北大街區(qū)間設(shè)計(jì)里程為ZCK11+028.55～ZCK12+136.57，全長(zhǎng)1 108.02 m。該區(qū)間穿越西安護(hù)城河，左線(xiàn)穿越里程為ZCK11+384.835，右線(xiàn)穿越里程為YCK11+389.498，該處盾構(gòu)隧道埋深約13.36 m，護(hù)城河底距隧道頂5.6 m。護(hù)城河拱涵跨度為6.6 m，寬度為13 m，整體為C20鋼筋混凝土澆注而成，邊坡采用漿砌片塊石砌成。拱橋拱頂厚為0.5 m，底板為1.2 m鋼筋混凝土和30 cm毛石墊層，拱橋主要配筋為φ18、φ16、φ14、φ10、φ8、φ6等。地鐵隧道與護(hù)城河及拱橋的關(guān)系見(jiàn)圖1，護(hù)城河拱涵結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2。

圖1　隧道與護(hù)城河及拱橋關(guān)系圖(單位： m)

圖2　護(hù)城河拱涵結(jié)構(gòu)剖面圖

護(hù)城河水深2.5 m左右，水位高程395.93 m左右，河水污染嚴(yán)重，由東向西流動(dòng)，但流量很小，河底約有0.75 m厚的淤泥，地層自上而下依次為雜填土、新黃土、殘積古土壤中夾片石、風(fēng)積老黃土、粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂及中砂等。

2盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低方法研究

考慮到在盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋施工過(guò)程中，拱橋變形是最嚴(yán)重的施工災(zāi)害，如果采用一般的盾構(gòu)施工方案將引起很大的施工變形，無(wú)法保證施工過(guò)程中護(hù)城河拱橋的正常運(yùn)行，因此需要優(yōu)化施工方案，提出合理的施工參數(shù)，以控制護(hù)城河拱橋的變形。運(yùn)用FLAC數(shù)值模擬計(jì)算預(yù)測(cè)2種工況下盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋施工路基變形規(guī)律。

1)工況1。采用常規(guī)的施工方法，即正常的盾構(gòu)施工參數(shù)、土艙壓力、注漿量等參數(shù)施工，并進(jìn)行地表沉降監(jiān)測(cè)、拱橋沉降監(jiān)測(cè)和傾斜監(jiān)測(cè)。

2)工況2。采用盾構(gòu)施工前預(yù)加固法，即在拱涵臺(tái)背盾構(gòu)通過(guò)區(qū)選用旋噴加固河底土體，加固深度為從河床底到盾構(gòu)底以下2 m，加固范圍為3×10 m，間距為0.6×0.5 m。護(hù)城河拱涵底板以下部位采用垂直袖閥管注漿至盾構(gòu)隧道頂，而拱涵基礎(chǔ)部位采用斜插袖閥管注漿至盾構(gòu)隧道底。加固后再進(jìn)行盾構(gòu)施工，并進(jìn)行地表沉降監(jiān)測(cè)、拱橋沉降監(jiān)測(cè)和傾斜監(jiān)測(cè)。

3盾構(gòu)下穿古城墻施工FLAC3D建模

3.1盾構(gòu)下穿北門(mén)外護(hù)城河FLAC3D模型建立

盾構(gòu)下穿北門(mén)外護(hù)城河拱橋時(shí)從拱橋基礎(chǔ)中下方穿過(guò)，為了研究盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋施工對(duì)拱橋變形的影響，根據(jù)護(hù)城河拱橋和盾構(gòu)隧道線(xiàn)路的實(shí)際位置，建立盾構(gòu)下穿北門(mén)外護(hù)城河FLAC3D模型圖，在橋面及地表上施加15 kN/m2的荷載(見(jiàn)圖3)。

圖3　盾構(gòu)下穿北門(mén)外護(hù)城河FLAC3D模型圖

Fig. 3FLAC3D model of shield tunnel crossing underneath arch bridge

3.2盾構(gòu)下穿城墻FLAC3D計(jì)算參數(shù)

本構(gòu)模型選用巖土工程中常用的摩爾-庫(kù)侖塑性模型，根據(jù)該區(qū)間的巖土工程勘察報(bào)告，經(jīng)換算可得到FLAC3D計(jì)算所需的參數(shù)(見(jiàn)表1)。

表1　盾構(gòu)下穿城墻FLAC3D模擬計(jì)算參數(shù)表

3.3盾構(gòu)施工過(guò)程模擬

盾構(gòu)施工過(guò)程模擬嚴(yán)格按照實(shí)際盾構(gòu)施工工藝進(jìn)行，先開(kāi)挖，隨后完成襯砌管片支護(hù)和壁后注漿。管片采用實(shí)體單元模擬，注漿加固通過(guò)提高加固地層的物理力學(xué)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)考慮到盾構(gòu)推力影響，在進(jìn)行開(kāi)挖計(jì)算時(shí)，對(duì)開(kāi)挖面施加了軸向壓力，壓力大小為實(shí)際盾構(gòu)推力值，將盾構(gòu)推力分布施加在開(kāi)挖面，得到盾構(gòu)推力值為0.7 MPa。

4盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋誘發(fā)的變形規(guī)律FLAC3D預(yù)測(cè)結(jié)果

為了分析2種不同工況下盾構(gòu)下穿北門(mén)外護(hù)城河施工引起的地表及拱橋變形情況，現(xiàn)選取典型斷面的位移云圖及位移曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比分析(見(jiàn)圖4)。

圖4　2種不同工況下沿Y=6 m處斷面位移曲線(xiàn)對(duì)比圖

Fig. 4Contrast of surface settlement under two different working conditions (Y=6 m)

4.1地表變形對(duì)比分析

從圖4分析可知，當(dāng)采用工況1施工時(shí)，地表最大沉降值為36.01 mm，位于隧道軸線(xiàn)正上方，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其地表變形允許值10 mm；而采用工況2施工時(shí)，地表的最大沉降值為5.63 mm，在變形允許范圍之內(nèi)，故采用工況2施工可以有效地將地表變形控制在其允許范圍之內(nèi)。

4.2護(hù)城河河底變形對(duì)比分析

護(hù)城河沿Y=20 m處位于護(hù)城河河底的中間斷面處，該處不同工況下位移見(jiàn)圖5和圖6。該斷面從護(hù)城河基礎(chǔ)到隧道拱頂?shù)牡貙臃謩e是1.2 m鋼筋混凝土拱橋基礎(chǔ)、0.3 m毛石墊層、軟黃土和古土壤。該斷面由于有1.2 m厚的鋼筋混凝土層，整體性較好，施工護(hù)城河河底表面變形趨于均勻變形。該斷面處隧道拱頂距拱橋基礎(chǔ)底面埋深只有5.6 m，屬于薄覆土層施工，一般情況下地表應(yīng)是隆起的，但由于隧道上方存在軟黃土地層，使得隧道施工后地表和隧道拱頂均表現(xiàn)為沉降。從圖5(a)分析可知，當(dāng)采用工況1施工時(shí)，隧道拱頂?shù)淖畲蟪两抵禐?4.16 mm，隧道拱底最大隆起值為64.50 mm。從圖5(b)分析可知，當(dāng)采用工況2施工時(shí)，隧道拱頂?shù)淖畲蟪两抵禐?.47 mm，拱底的最大隆起值為1.07 mm。

從圖6可以看出，當(dāng)采用工況1施工時(shí)，該斷面處最大沉降值為22.95 mm，位于隧道軸線(xiàn)上方，由于該斷面處拱橋基礎(chǔ)部分采用了1.2 m厚的鋼筋混凝土和0.3 m的毛石墊層，整體性較好，盾構(gòu)施工后該斷面表現(xiàn)為趨于均勻變形，該斷面距隧道軸線(xiàn)±8.5 m范圍內(nèi)的變形大于其變形允許值，地表最大隆起值為1.24 mm。當(dāng)采用工況2施工時(shí)，護(hù)城河底的最大沉降值為4.19 mm，地表最大隆起值為0.28 mm，此時(shí)，盾構(gòu)施工后的變形均在其允許值之內(nèi)。

4.3拱橋橋面沉降對(duì)比分析

為了研究在2種不同工況下施工對(duì)護(hù)城河拱橋的變形影響，選取沿Y=25 m處斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析(見(jiàn)圖7)。

從圖7可以看出，沿Y=25 m處，當(dāng)采用工況1進(jìn)行施工時(shí)，該斷面最大沉降值為18.87 mm，最小沉降值為18.56 mm，橋面的變形均超出了其變形允許值；而采用工況2進(jìn)行施工時(shí)，橋面的最大沉降值為3.00 mm，最小沉降值為2.77 mm，其橋面沉降值均在沉降允許范圍之內(nèi)，故工況2能滿(mǎn)足拱橋的變形控制要求。

圖5　不同工況下護(hù)城河沿Y=20 m處斷面位移云圖(單位： m)

Fig. 5Displacement contour under two different working conditions(Y=20 m)(m)

圖62種不同工況下護(hù)城河沿Y=20 m處斷面位移曲線(xiàn)對(duì)比圖

Fig. 6Contrast of surface displacement under two different working conditions(Y=20 m)

圖72種不同工況下橋面位移曲線(xiàn)對(duì)比圖(Y=25 m)

Fig. 7Contrast of bridge deck displacement under two different working conditions(Y=25 m)

5盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋施工安全防控技術(shù)

5.1黃土地層特點(diǎn)及加固特征

黃土地層不同于其他類(lèi)型地層，其最大的特點(diǎn)在于濕陷性，極易受到地下水和護(hù)城河水滲流影響，導(dǎo)致工作面穩(wěn)定性較差；因此，在施工前必須采取有效的加固措施，確保護(hù)城河拱橋的安全穩(wěn)定。在實(shí)踐中，大多是通過(guò)注漿來(lái)提高地層的強(qiáng)度參數(shù)，但是對(duì)于老黃土、古土壤等黏聚力較大的地層，一般注漿方法往往很難達(dá)到預(yù)期的注漿效果，而且黃土地層地下水難以疏干，滲漏水量大。為了確保注漿效果，采用二重管無(wú)收縮注漿工法進(jìn)行注漿預(yù)加固，以提高圍巖強(qiáng)度，降低圍巖的通透水性能，改善隧道成拱能力。

5.2盾構(gòu)下穿護(hù)城河施工技術(shù)措施

1)為防止隧道滲漏現(xiàn)象發(fā)生，在盾構(gòu)通過(guò)段臨時(shí)設(shè)置圍堰，將水抽干后用砂袋回填，然后盾構(gòu)再通過(guò)此處。擋水圍堰示意圖見(jiàn)圖8。

圖8　砂袋圍堰示意圖(單位： mm)

2)待河底清理完畢后，在隧道上方拱涵區(qū)域范圍內(nèi)堆放沙袋，起到增加上覆土層荷載的作用。

3)在盾構(gòu)安全、順利通過(guò)后，根據(jù)地表沉降的情況逐步拆除圍堰。一般情況下，盾構(gòu)通過(guò)70 m后的地面沉降趨于穩(wěn)定，然后開(kāi)始撤離隧道上方堆載和兩側(cè)的擋水圍堰。

4)在盾構(gòu)橫穿護(hù)城河之前，利用泡沫或氣壓建立起全斷面土壓后，嚴(yán)格進(jìn)行土壓控制、出土量管理和注漿控制，嚴(yán)格控制盾構(gòu)頂部土壓。若出現(xiàn)涌水等現(xiàn)象，適當(dāng)加注POLYMER或聚安脂等親水性化合物。盾構(gòu)推力設(shè)置在1 500～2 000 kN，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速0.9～1.5 r/min，推進(jìn)速度為30～40 mm/min。

5)合理控制土壓力，確保盾構(gòu)連續(xù)推進(jìn)；穿越期間加強(qiáng)同步注漿，并確保注漿量，每環(huán)注漿量為建筑空隙的180%～200%，注漿壓力始終控制在0.2 MPa。

5.3護(hù)城河拱橋加固方案

當(dāng)盾構(gòu)下穿護(hù)城河時(shí)，隧道拱頂距護(hù)城河基礎(chǔ)底面只有5.6 m，盾構(gòu)施工時(shí)必然對(duì)拱橋產(chǎn)生影響，當(dāng)盾構(gòu)施工后拱橋周?chē)牡貙赢a(chǎn)生較大變形時(shí)將危及拱橋的安全，為此除了盾構(gòu)施工前在拱橋區(qū)域內(nèi)采用沙袋堆載以外，還需在拱橋基礎(chǔ)背后預(yù)設(shè)2排袖閥管，沿隧道軸線(xiàn)方向間距1 m，垂直于隧道軸線(xiàn)方向間距為0.6 m。在拱橋基礎(chǔ)以下部位采用旋噴加固河底土體，加固深度為從河床底到盾構(gòu)底以下2 m，加固范圍為3×10 m，旋噴樁間距為0.6×0.5 m，加固地層主要有古土壤和老黃土。護(hù)城河拱涵底板以下部位采用垂直袖閥管注漿至盾構(gòu)隧道頂。盾構(gòu)下穿護(hù)城河施工沿隧道軸線(xiàn)方向拱橋預(yù)加固范圍見(jiàn)圖9和圖10。

圖9　拱橋沿隧道軸線(xiàn)方向預(yù)加固示意圖(單位： m)

Fig. 9Pre-reinforcement of arch bridge along tunnel’axis(m)

圖10　拱橋沿垂直于隧道軸線(xiàn)方向加固示意圖(單位： m)

Fig. 10Reinforcement of arch bridge perpendicular to tunnel’axis(m)

5.4盾構(gòu)下穿護(hù)城河現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)

5.4.1現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

為了得到盾構(gòu)引起地表及拱橋的變形規(guī)律，現(xiàn)場(chǎng)主要監(jiān)測(cè)地表沉降、橋面沉降和橋體傾斜。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖11和圖12。

5.4.2監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)

按照相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙的要求，在施工過(guò)程中對(duì)測(cè)量結(jié)果需要進(jìn)行及時(shí)分析反饋。變形控制的標(biāo)準(zhǔn)如下： 地表沉降小于25 mm；橋面沉降變形不應(yīng)超過(guò)+5～-5 mm；橋體傾斜斜率不超過(guò)0.5%。

圖11　地表及護(hù)城河沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

Fig. 11Layout of ground surface and moat settlement monitoring points

圖12　橋面沉降監(jiān)及橋體傾斜測(cè)點(diǎn)布置示意圖(單位： m)

Fig. 12Layout of bridge deck settlement and bridge tilt monitoring points(m)

5.4.3盾構(gòu)下穿護(hù)城河施工預(yù)測(cè)變形與實(shí)測(cè)變形對(duì)比

為了驗(yàn)證本文所提出的變形控制措施是否合理，在盾構(gòu)施工過(guò)程中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與預(yù)測(cè)變形結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)圖13—15)。

5.4.3.1地表沉降變形

從圖13可以看出，地表沿Y=34 m處有隆起也有沉降，對(duì)圖中2曲線(xiàn)的對(duì)比分析來(lái)看，地表沉降區(qū)域比預(yù)測(cè)沉降區(qū)域大，地表最大沉降值也比預(yù)測(cè)值大，實(shí)測(cè)地表最大沉降值為5.87 mm，地表最大隆起值為0.2 mm。地表的變形允許值為±5 mm，而以上2個(gè)斷面的實(shí)測(cè)變形值均在該范圍之內(nèi)，這說(shuō)明在盾構(gòu)施工前，采用文中的預(yù)加固方法加固后再進(jìn)行盾構(gòu)施工可有效減小地表變形，并將其控制在允許范圍之內(nèi)。

圖13　地表預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)沉降曲線(xiàn)對(duì)比圖(Y=34 m)

Fig. 13Simulated surface settlement Vs measured surface settlement(Y=34 m)

圖14　護(hù)城河底預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)沉降曲線(xiàn)對(duì)比圖

Fig. 14Simulated moat floor settlement Vs measured moat floor settlement

圖15　護(hù)城河拱橋橋面預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)沉降對(duì)比圖

Fig. 15Simulated bridge deck settlement Vs measured bridge deck settlement

5.4.3.2護(hù)城河河底沉降

從圖14可以看出，護(hù)城河河底沿Y=20 m處位于護(hù)城河沿隧道軸線(xiàn)方向的中間斷面處，護(hù)城河基礎(chǔ)底面距隧道拱頂距離為5.6 m，而護(hù)城河基礎(chǔ)為1.2 m鋼筋混凝土及0.3 m毛石墊層，該斷面埋深雖小，但護(hù)城河河底的基礎(chǔ)穩(wěn)定性較好，故采取文中的加固措施后，河底的變形量減小。實(shí)測(cè)最大沉降值為6.42 mm，在其變形允許范圍之內(nèi)，故文中所提出的加固措施可有效減小護(hù)城河河底的變形，從而保證護(hù)城河的安全。

5.4.3.3橋面沉降

從圖15可以看出，該斷面位于護(hù)城河拱橋的北邊。從圖中2曲線(xiàn)的對(duì)比來(lái)看，實(shí)測(cè)沉降曲線(xiàn)與預(yù)測(cè)沉降曲線(xiàn)能較好吻合，實(shí)測(cè)沉降值比預(yù)測(cè)沉降值大，實(shí)測(cè)最大沉降值為4.2 mm，在變形允許范圍之內(nèi)。表明文中的數(shù)值模擬可以有效地預(yù)測(cè)出盾構(gòu)下穿護(hù)城河施工時(shí)拱橋的最大變形，從而采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以保證護(hù)城河拱橋的安全。FLAC數(shù)值模擬結(jié)果小于實(shí)測(cè)結(jié)果，主要原因在于模擬過(guò)程未能考慮土體流變引起的變形。

5.4.3.4橋體傾斜分析

在盾構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)護(hù)城河拱橋的橋體沿X軸方向的傾斜展開(kāi)監(jiān)測(cè)，橋體的實(shí)測(cè)傾斜結(jié)果如表2和表3所示。

表2　拱橋西面沿X軸方向測(cè)斜分析

表3　拱橋東面沿X軸方向測(cè)斜分析

從表2和表3可以看出，橋體東西兩側(cè)傾斜斜率都一樣，這是由于橋體是由鋼筋混凝土構(gòu)成的，整體穩(wěn)定性好。橋體的最大傾斜斜率為0.027‰，而其允許最大傾斜斜率為3‰，實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)小于其允許值，故文中的變形控制措施可有效保證橋體的傾斜變形在其允許范圍之內(nèi)。

6結(jié)論與討論

本文采用FLAC3D數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的方法對(duì)黃土地區(qū)盾構(gòu)下穿護(hù)城河拱橋引起的拱橋變形規(guī)律及施工安全防治技術(shù)進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：

1)采用數(shù)值模擬方法分析得到了施工前加固拱橋及其周邊地層的必要性，進(jìn)而提出采取沙袋圍堰、旋噴加固和注漿加固的聯(lián)合加固措施。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在盾構(gòu)下穿拱橋過(guò)程中，拱橋安全穩(wěn)定，目前西安地鐵二號(hào)線(xiàn)已經(jīng)建成并投入運(yùn)營(yíng)，表明本文提出的安全施工防控技術(shù)合理有效。

2)從施工安全控制效果來(lái)看，對(duì)拱橋及隧道周?chē)貙舆M(jìn)行加固后，將盾構(gòu)施工引起的拱橋變形控制在允許變形之內(nèi)。同時(shí)，設(shè)置了合理的盾構(gòu)推力，并及時(shí)進(jìn)行壁后注漿，最終保證了施工過(guò)程中拱橋的穩(wěn)定。

3)濕陷性黃土地層盾構(gòu)下穿建(構(gòu))筑物，受地下水和盾構(gòu)施工水平影響很大，老黃土和古土壤等黏性大的地層注漿參數(shù)和盾構(gòu)參數(shù)仍需進(jìn)一步探討和實(shí)踐驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1]曹振.西安地鐵盾構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及施工災(zāi)害防控技術(shù)[D].西安: 西安科技大學(xué),2013.(CAO Zhen. The research on safety risk assessment and disater control technology of Metro shield construction in Xi’an[D].Xi’an: Xi’an University of Science and Technology,2013.(in Chinese))

[2]楊延棟,陳饋,李鳳遠(yuǎn),等.獅子洋隧道陸地段盾構(gòu)施工橫向地表沉降研究[J].隧道建設(shè),2014, 34(12): 1143-1147.(YANG Yandong,CHEN Kui,LI Fengyuan,et al. Case study on transverse ground surface settlement of land section of Shiziyang tunnel bored by shield[J].Tunnel Construction,2014,34(12): 1143-1147.(in Chinese))

[3]龔秋明,牟善慶，姜厚停,等.土壓平衡盾構(gòu)開(kāi)挖面壓力取值及對(duì)地表沉降的影響[J].隧道建設(shè),2014, 34(8): 707-714.(GONG Qiuming, MOU Shanqing, JIANG Houting,et al.Study on range of pressure on tunnel face of earth pressure balanced shield and its influence on ground surface settlement[J].Tunnel Construction,2014, 34(8): 707-714.(in Chinese))

[4]侯偉,韓煊,王法,等.采用不同本構(gòu)模型對(duì)盾構(gòu)施工引起地層位移的數(shù)值模擬研究[J].隧道建設(shè),2013,33(12): 989-994.(HOU Wei，HAN Xuan，WANG Fa,et al.Numerical simulation of ground settlement induced by shield tunneling using different constitutive models[J].Tunnel Construction,2013,33(12): 989-994.(in Chinese))

[5]王杜鵑.從土壓平衡盾構(gòu)設(shè)計(jì)角度對(duì)地表沉降控制的一些思考[J].隧道建設(shè),2013,33(4): 327-330.(WANG Dujuan.How to control ground surface settlement from an EPB shield designer’s view[J]. Tunnel Construction,2013,33(4): 327-330.(in Chinese))

[6]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.(ZHOU Wenbo.Shield tunnelling technology[M].Beijing: China Architecture & Building Press,2004.(in Chinese))

[7]盛鑫.雙線(xiàn)盾構(gòu)連續(xù)長(zhǎng)距離穿越樁基施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2013(12): 53-56.(SHENG Xin.Shield passing through the pile foundation with continuous long distance[J]. Railway Construction Technology,2013(12): 53-56.(in Chinese))

[8]曹振,楊鋒,張寧.黃土盾構(gòu)施工誘發(fā)樓房基礎(chǔ)變形規(guī)律與控制技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2014,51(4): 102-107.(CAO Zhen,YANG Feng,ZHANG Ning.The law of building foundation deformation induced by shield construction in a loess area and the relevant control techniques[J]. Modern Tunnelling Technology,2014,51(4): 102-107.(in Chinese))

[9]曹振,雷斌,張豐功.黃土地區(qū)地鐵下穿既有鐵路的施工風(fēng)險(xiǎn)及其控制措施[J].城市軌道交通研究, 2013,16(4): 49-53.(CAO Zhen,LEI Bin,ZHANG Fenggong.Risk analysis and control of subway construction beneath the existing railway in loess area[J].Urban Mass Transit,2013,16(4): 49-53.(in Chinese))

[10]姜華龍.復(fù)雜環(huán)境下盾構(gòu)近距離穿越地鐵車(chē)站施工技術(shù)[J].隧道建設(shè),2013,33(6): 499-509.(JIANG Hualong.Construction technologies for shield boring crossing closely underneath existing Metro station under complex conditions[J].Tunnel Construction,2013,33(6): 499-509.(in Chinese))

[11]胡新朋, 孫謀,王俊蘭.盾構(gòu)隧道穿越既有建筑物施工應(yīng)對(duì)技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2006,43(6): 60-65.(HU Xinpeng,SUN Mou,WANG Junlan. Tackling techniques for Metro shield tunneling under different undercrossing conditions[J]. Modern Tunnelling Technology,2006,43(6): 60-65.(in Chinese))

[12]方勇,何川.地鐵盾構(gòu)隧道施工對(duì)近接樁基的影響研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2008,45(1): 42-48.(FANG Yong, HE Chuan.Study on the influence of Metro shield tunneling on close-by pile foundation[J]. Modern Tunnelling Technology,2008,45(1): 42-48.(in Chinese))

Prediction and Construction Safety Control for Shield Undercrossing Moat

Arch Bridge in Loess Area by means of FLAC3D

CAO Zhen1, YANG Feng2,3, ZHANG Ning1,3

(1.Xi’anSubwayCo.Ltd.,Xi’an710018,Shaanxi,China; 2.ChinaRailway15thBureauGroupCo.,Ltd.,

Shanghai, 200070,China; 3.Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,Shaanxi,China)

Abstract:It is of great importance to study the safety control technology for shield boring in loess. The shield-bored tunnels of Xi’an Metro, which are located in loess strata, have to cross underneath complex ground surface conditions, cultural relics, buildings and structures. The shield-bored tunnel from Anyuanmen station to Beidajie station on Line 2 of Xi’an Metro crosses underneath a moat arch bridge. In the paper, the deformation of the moat arch bridge caused by shield boring is analyzed by means of FLAC3D program. The calculation result shows that the ground below the moat arch bridge has to be consolidated before shield boring, so as to ensure the safety and stability of the bridge. It is proposed that sand bags should be piled in the moat arch bridge zone and Soletanche grouting should be conducted behind the foundation of the bridge. The site measurement shows that the deformation of the moat arch bridge is within the allowance scope and the countermeasures taken are rational and effective.

Keywords:loess area; shield tunnel; moat-spanning arch bridge; numerical simulation; prevention and control

中圖分類(lèi)號(hào)：U 455

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-741X(2015)12-1264-07

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2015.12.005

作者簡(jiǎn)介：第一 曹振(1978—)，男，廣東清遠(yuǎn)人，2001年畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)，地下工程與隧道工程專(zhuān)業(yè)，博士，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事地鐵工程建設(shè)與技術(shù)管理工作。

收稿日期：2015-02-12; 修回日期: 2015-05-29