淺埋暗挖隧道近距施工引起的上覆地鐵結(jié)構(gòu)變形問題進(jìn)行討論

文/趙雷 中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 天津 300000

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的飛速發(fā)展，多數(shù)地區(qū)都開始興建地鐵交通。然而新建隧道施工會(huì)干擾地鐵結(jié)構(gòu)。因此在確保地鐵安全性前提下，需要對(duì)現(xiàn)有地鐵變形情況進(jìn)行控制。如果地鐵出現(xiàn)較大變形情況，將會(huì)使軌距，隧道凈空以及軌面標(biāo)高無法滿足當(dāng)前列車行駛需求，還會(huì)對(duì)地鐵交通造成極大影響。所以，近接施工已經(jīng)成為地鐵施工中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)比較高的工程。對(duì)隧道施工所造成的地下結(jié)構(gòu)變形問題進(jìn)行分析具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

1、地鐵工程案例分析

此次所研究的新建4 號(hào)地鐵線某站單層段垂直下穿現(xiàn)有3 號(hào)線車站。地鐵的車站結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土矩形框架結(jié)構(gòu)，寬度和高度分別在18.6m和6.74m，每相隔27m 設(shè)置變形縫。在對(duì)該地鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)耐久性有所下降，存在細(xì)小裂縫，其余部位均良好。在該地鐵工程中，可以將現(xiàn)有地下結(jié)構(gòu)變形情況劃分為兩個(gè)部分，其中一部分為旁側(cè)施工引起結(jié)構(gòu)的變形一般是不均勻沉降，結(jié)構(gòu)自身整體變形效果基本上可以忽略。在工程開始之前，在不考慮現(xiàn)有地下結(jié)構(gòu)變形，注漿加固和管棚施工所造成的抬升作用。需要按照工程實(shí)施進(jìn)度簡(jiǎn)化施工過程。

2、現(xiàn)有地下結(jié)構(gòu)整體變形規(guī)律分析

2.1 上覆地層變形規(guī)律分析

在分析上覆地層變形規(guī)律時(shí)可以應(yīng)用Peck公式，單洞隧道開挖所導(dǎo)致的地表沉降為

在上述公式中，s（x）表示地表沉降數(shù)值；A 表示開挖面積；V1 表示地層損失率，i 表示沉降曲線對(duì)稱中心到曲線拐點(diǎn)的距離。

2.2 地層沉降損失率分析

通過表1數(shù)據(jù)能夠看出，地層損失率在0.116%至0.180%之間。由于新建隧道支護(hù)采用型鋼材料，再加上各導(dǎo)洞的開挖面積比較小，可以對(duì)隧道洞周邊收斂情況進(jìn)行控制，所以地層損失率處于低水平狀態(tài)。

表1 Peck 公式擬合沉降的相關(guān)參數(shù)

在開挖期間，前四步施工期間主要應(yīng)用臨時(shí)鋼支撐，能夠起到支撐作用，提升支護(hù)體系剛度，還能夠明顯控制隧道收斂變形的作用，地層損失率數(shù)值逐漸下降。

在將第一步地層損失率數(shù)值與第五步地層損失率數(shù)值進(jìn)行比較分析能夠看出，兩者之間的數(shù)值大小基本一致，并且比第二步至第四步地層損失率數(shù)值大。第一步和第五步具有系統(tǒng)的支護(hù)體系，不存在臨時(shí)支撐問題。在進(jìn)行第五步開挖期間，其開挖面積達(dá)到第一步的四倍。

3、現(xiàn)有地下結(jié)構(gòu)塊變形規(guī)律分析

由于地鐵車站結(jié)構(gòu)大多屬于整澆結(jié)構(gòu)，橫向剛度和縱向剛度比較大。在近接工程中由于存在變形縫，現(xiàn)有地下結(jié)構(gòu)與分段式箱梁結(jié)構(gòu)比較類似，因此可以應(yīng)用鋼體運(yùn)行規(guī)律分析變形縫之間的塊體。

通過分析能夠看出，塊體主要為剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著整體沉降和彎曲變形情況，可以將塊體轉(zhuǎn)動(dòng)量通過以下公式表示：

其中θ 表示塊體轉(zhuǎn)動(dòng)角度。S 左表示塊體左端沉降值；S 右表示塊體右端沉降值；之后對(duì)各塊體轉(zhuǎn)動(dòng)角度進(jìn)行計(jì)算分析。結(jié)果如表2所示：

表2 塊體轉(zhuǎn)動(dòng)角度

在施工持續(xù)進(jìn)行區(qū)間，會(huì)相應(yīng)增大塊體轉(zhuǎn)動(dòng)角度。B 塊石和C 塊石受到施工干擾影響比較大，最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0.0131°和0.0157°，但是也有部分塊體受到施工干擾影響比較小，比如A塊石和C 塊石，其最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0.0018°和0.0035°.在實(shí)際施工期間，C 塊石在3 變形縫左側(cè)測(cè)點(diǎn)的12 處結(jié)束時(shí)沉降達(dá)到1.24，因?yàn)槠浯嬖谳^大轉(zhuǎn)動(dòng)角，因此在第四步和第五步的轉(zhuǎn)動(dòng)角度0.0066、0.0157。

在不同施工階段，塊體轉(zhuǎn)動(dòng)和沉降會(huì)沿著2變形縫呈現(xiàn)出對(duì)稱分布特點(diǎn)。雖然變形縫處出現(xiàn)不連續(xù)沉降問題，然而塊石額沉降特點(diǎn)呈現(xiàn)出“鏈狀”，其類似于天然地層變形特點(diǎn)，因此可以應(yīng)用Peck 公式分析和描述。

3.2 分析塊體間絞接問題

由于存在轉(zhuǎn)動(dòng)和沉降問題，因此塊石頂部在變形縫兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)擠壓、匯聚和鉸接情況。如果塊體下方土體存在較大沉降量，并且塊體支架鉸接處所產(chǎn)生的剪切力比咬合力小，則會(huì)分離土體和塊體。

在完成近接工程之后，A、B 塊石在1 變形縫的沉降值最大可達(dá)到1.12mm，并且與土體沉降一致，兩塊體之間未出現(xiàn)明顯的擠壓作用。B、C 塊石在2 變形縫處于上下錯(cuò)動(dòng)，錯(cuò)動(dòng)值可以高達(dá)0.73mm。通過分析可以看出，B、C 塊石相互擠壓所產(chǎn)生的剪切力比咬合力大，鉸接點(diǎn)分離，塊體B 和塊體C 之間無力學(xué)聯(lián)系。C 塊體和D塊體與B、C 塊體情況比較類似。所以該地鐵線路地下結(jié)構(gòu)塊體之間沒有由于相互鉸接和咬合產(chǎn)生三鉸拱，并且不同塊體與土體之間的變形情況比較一致，未發(fā)生與土體分離所導(dǎo)致的懸空問題。

結(jié)語：

綜上所述，通過以上分析可以得出以下結(jié)論：兩變形縫間現(xiàn)有地下結(jié)構(gòu)會(huì)受到近距下穿施工影響，并且展現(xiàn)出剛體位移情況，并且以沉降和轉(zhuǎn)動(dòng)為主。在開挖工程持續(xù)進(jìn)行情況下，會(huì)逐漸增加塊體轉(zhuǎn)動(dòng)量。使用Peck 公式進(jìn)行擬合分析，結(jié)果顯示，地層損失率在0.117%至0.176%之間，并且與現(xiàn)有地下結(jié)構(gòu)開挖斷面尺寸和開挖工程無顯著關(guān)聯(lián)性，與支護(hù)體系的架設(shè)時(shí)間以及剛度強(qiáng)度等有關(guān)。