綜合管廊暗挖施工對地鐵隧道影響的數(shù)值分析

郭小偉，吳瑞絢

（中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州450000）

1 引言

綜合管廊暗挖施工即是一種在距離地表較近的地下進行地下洞室暗挖的施工方法，該種施工技術具有埋深較淺、靈活多變且對地下管線影響較小的優(yōu)勢，經常被應用于地鐵管道的改造挖掘施工中。由于該種施工方式具有適應地層巖性差且挖掘周圍的土質環(huán)境復雜等特點，因此在實際的挖掘過程中應對施工環(huán)境進行細致的勘測，并進行嚴謹施工。由于本文案例是對某已建地鐵線路進行改造，故使用綜合管廊暗挖施工進行具體施工研究。在研究過程中，依照施工過程的模型演示，對該種施工方式將會對地鐵隧道產生的影響進行探討與闡述。

2 工程概況

隨著我國經濟建設的飛速發(fā)展，我國基礎設施建設越加完善，作為基礎設施的重要組成部分，綜合管廊承擔著城市大量的運作壓力，對我國城市的正常運行具有重要影響。因此，應對綜合管廊進行及時、科學的維護與改造，為我國城市的可持續(xù)發(fā)展提供更大的作用。本文以K市的某一綜合管廊為研究案例，該綜合管廊中包含著燃氣、電力、電信等多種管道設施，這些管道設施在綜合管廊隧道中呈現(xiàn)著交叉、混亂，甚至重復建設的問題[1]。本次試驗主要以這一綜合管廊與K市4號地鐵線路的交叉點施工為具體案例，利用先進的有限元模型模擬軟件設備進行具體綜合管廊暗挖施工的過程模擬，通過該軟件對綜合管廊暗挖施工模擬情況進行具體研究，并為實際的K市綜合管廊暗挖工程施工提供積極的輔助作用。

3 綜合管廊暗挖施工對地鐵隧道影響的數(shù)值分析

3.1 工程信息

該工程為擬建綜合管廊，該綜合管廊穿過地鐵4號線路。地鐵4號線路隧道距離地面13.8m,該數(shù)值表示地鐵隧道中心線距地表的距離。地鐵兩個平行隧道之間的距離為13m，地鐵隧道拱頂距離地表的距離為10.1m，該地鐵隧道在施工過程中采用盾構的施工方法，其盾構管片厚度為600mm，地鐵的隧道內徑數(shù)值為5000mm，該隧道的掘進方向是垂直于隧道的方向。在工程的施工中確定綜合管廊的橫截面尺寸為13.6m×3.9m，同時該綜合管廊的結構凈高測量為2.8m，頂板與底板的厚度為300mm，而管廊外側墻的厚度也為300mm，管廊底板方面經過測量其距離地面距離為8m,高程為10.080m，綜合管廊的結構凈高為4.1m。在管廊與地鐵隧道的穿越范圍內區(qū)間隧道拱頂高程11.130～11.150m，管廊與隧道的施工材料均為C50的混凝土，其密度為2500kg/m3[2]。

3.2 建立有限元模型模擬

本次的試驗以K市某一綜合管廊與K市4號地鐵線路的交叉點作為具體的施工地點，利用先進的有限元模型模擬軟件設備進行具體綜合管廊暗挖施工的過程模擬，通過該軟件對綜合管廊暗挖施工模擬情況進行具體研究。在使用有限元模型模擬軟件進行建模的過程中應對以下四點著重注意：第一點即是應選擇60m×60m×20m的土體作為具體的建模對象，該種土體的選擇將會在一定程度上降低施工邊界對施工結果的影響。第二點即是在對地鐵隧道與土體的接觸方面使用罰函數(shù)的具體算法進行模擬，在切向行為的方面選擇摩擦系數(shù)為0.3，并將法向行為設置為硬接觸。第三點即是在對綜合管廊暗挖施工進行模擬之前，應采用地應力平衡的導入方式對土體模型進行導入。第四點即是在進行綜合管廊暗挖施工的模擬過程中，采用“生死”的單元方法進行具體的管廊挖掘模擬[3]。

3.3 模型土層參數(shù)取值

本文依據(jù)具體的施工地點進行施工工程的地質勘察，將該土層參數(shù)取值導入有限元模型模擬之中，提升該模擬的準確性與真實性。經過勘探檢測得出整個施工區(qū)域的土層結構主要包括人工粉土填土、細砂、粉質黏土、粉質細砂4個主要土層，其中土層參數(shù)取值如表1所示。

表1 土層參數(shù)取值

4 數(shù)值結果分析

4.1 初始地應力場和隧道結構應力分布分析

經過有限元模型模擬的試驗建立，對其模擬過程以及模擬結果進行分析，得出的結果：

一方面，在綜合管廊暗挖施工過程中，由于地鐵隧道的上覆土體的移除，其初始地的應力場得到釋放，導致地鐵隧道的中段位置受到不平衡的土體壓力作用，導致地鐵隧道出現(xiàn)豎向位移的問題。

第二方面，隨著綜合管廊暗挖施工的推進，導致土體中的應力出現(xiàn)不斷釋放的現(xiàn)象，進而導致第一方面的豎向位移問題逐漸加重[4]。

4.2 工程實施結論

在對上述初始地應力場和隧道結構應力分布進行詳細分析與闡釋后得出本文的工程實施結論：在進行綜合管廊暗挖施工模擬后，由于綜合管廊是在地鐵隧道的正上方穿過，導致施工地點處于地鐵隧道的正上方，而這一位置的施工件將會導致土拱效應被人為破壞，施工地點的上覆土體自重被全部施加在綜合管廊的頂部，導致綜合管廊出現(xiàn)壓力增大，同時土體壓力增加，綜合管廊與兩條隧道相交地點的正上方土體也將出現(xiàn)極大程度的變形，最終導致綜合管廊的頂板位置變形。

5 結論

本文通過對工程概況的簡單闡述，進而分別從建立有限元模型模擬、計算模型物理學參數(shù)取值兩方面對綜合管廊暗挖施工對地鐵隧道影響的數(shù)值分析進行詳細的研究與探討，并分別從初始地應力場和隧道結構應力分布、工程實施過程中對地鐵隧道周圍土體的影響兩方面對數(shù)值結果進行詳細探討與分析。