四線(xiàn)盾構(gòu)下穿北引干渠沉降及穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究

趙明應(yīng)

摘 要：本文以廈門(mén)地鐵2號(hào)線(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間下穿北引干渠為工程背景，采用Midas/GTS計(jì)算軟件進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算分析，模擬了四線(xiàn)平行盾構(gòu)先后穿越既有水工結(jié)構(gòu)的沉降及穩(wěn)定性機(jī)理。對(duì)比理論計(jì)算結(jié)果及施工階段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，理論計(jì)算值與實(shí)際監(jiān)測(cè)值較吻合，分析方法可用于分析及預(yù)測(cè)四線(xiàn)平行盾構(gòu)穿越時(shí)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響，為后續(xù)工程人員進(jìn)行此類(lèi)工程研究提供必要的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：四線(xiàn)平行盾構(gòu)隧道；下穿干渠；三維數(shù)值分析；沉降

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）11-0120-02

1 工程概況

廈門(mén)地鐵2號(hào)線(xiàn)二期東孚站～馬鑾北站區(qū)間及東孚車(chē)輛段出入段線(xiàn)區(qū)間四線(xiàn)平行下穿北引干渠，區(qū)間均采用盾構(gòu)法施工，為單洞單線(xiàn)的圓形斷面隧道，平面關(guān)系如圖1所示。

東馬區(qū)間隧道與北引干渠的結(jié)構(gòu)最小凈距為4.45m，東孚出入段線(xiàn)區(qū)間隧道與北引干渠的結(jié)構(gòu)最小凈距為1.87m，具體位置剖面如圖2所示。

北引干渠是廈門(mén)市主要的引水管道之一，占廈門(mén)供水量的60%，1998年開(kāi)始建設(shè)，2001年完成施工，采用2孔明挖矩形框架結(jié)構(gòu)，單孔凈空尺寸為3.6×3.8m，結(jié)構(gòu)全寬8.25m，全高4.5m，結(jié)構(gòu)厚度為0.35m，采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，引水干渠內(nèi)的設(shè)計(jì)水深為3.22m。

2 數(shù)值模擬

2.1 計(jì)算模型

本次計(jì)算使用Midas/GTS有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，土體采用實(shí)體單元模擬，管片和北引干渠結(jié)構(gòu)采用板單元模擬，模擬計(jì)算采用如下假設(shè)：（1）地表和各層土均呈均質(zhì)水平層狀分布；（2）忽略地下水的滲透作用，土體本身變形與時(shí)間無(wú)關(guān)；（3）每個(gè)隧道盾構(gòu)推進(jìn)的步長(zhǎng)為4環(huán)管片寬度4.8m；（4）土體為各向同性、連續(xù)的彈塑性材料，服從Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則；（5）北引干渠結(jié)構(gòu)與土體采用變形協(xié)調(diào)計(jì)算的方法。

土體相關(guān)計(jì)算參數(shù)如表1，隧道結(jié)構(gòu)及北引干渠結(jié)構(gòu)選用彈性本構(gòu)模型模擬，計(jì)算模型如圖3。

2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

在該計(jì)算模型中，根據(jù)工程的實(shí)際工序進(jìn)行模擬分析，地鐵區(qū)間隧道下穿北引干渠的施工先后順序依次為東馬區(qū)間右線(xiàn)隧道施工、東馬區(qū)間左線(xiàn)隧道施工、東孚出入段線(xiàn)區(qū)間右線(xiàn)隧道施工及東孚出入段線(xiàn)左線(xiàn)隧道施工；針對(duì)地鐵區(qū)間穿越北引干渠進(jìn)行三維模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖4-圖11。

根據(jù)盾構(gòu)依次穿越北引干渠的計(jì)算模擬，選取東馬區(qū)間右線(xiàn)及左線(xiàn)正上方2點(diǎn)作為沉降基準(zhǔn)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)1為東馬區(qū)間左線(xiàn)上方北引干渠沉降點(diǎn)，控制點(diǎn)2為東馬區(qū)間右線(xiàn)上方北引干渠沉降點(diǎn)；可以得出北引干渠的沉降曲線(xiàn)，如圖12。

由以上計(jì)算圖可知：①盾構(gòu)區(qū)間近距離穿越北引干渠時(shí)，受施工擾動(dòng)的影響，其結(jié)構(gòu)變形以沉降為主，地表沉降最大值為12.5mm，北引干渠結(jié)構(gòu)沉降最大值為6.2mm，均在控制值范圍以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足要求。②盾構(gòu)施工時(shí)東馬區(qū)間右線(xiàn)與東孚出入段線(xiàn)右線(xiàn)對(duì)北引干渠的影響范圍存在交叉疊加，而與另外2條區(qū)間隧道施工引起的影響交叉區(qū)域很小。③北引干渠結(jié)構(gòu)最大沉降點(diǎn)位于東馬區(qū)間正線(xiàn)及東孚出入段線(xiàn)右線(xiàn)區(qū)間之間。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果

施工過(guò)程中主要對(duì)地表位移及北引干渠結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行了監(jiān)控量測(cè)，北引干渠結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用直埋方式設(shè)置于結(jié)構(gòu)頂板上；依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，地表沉降最大值為8.54mm，北引干渠結(jié)構(gòu)沉降最大值為5.02mm，均略小于理論計(jì)算值。如圖13所示。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用盾構(gòu)法穿越北引干渠可以保證其結(jié)構(gòu)的安全。（2）四線(xiàn)盾構(gòu)平行穿越北引干渠時(shí)，線(xiàn)間距較越小，其影響區(qū)域交叉重疊的情況越嚴(yán)重，應(yīng)盡量拉大地鐵區(qū)間的線(xiàn)間距，減少對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。

參考文獻(xiàn)

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[2] 石建澤.某盾構(gòu)下穿北京地鐵雙線(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)變形分析及控制研究[D].北京交通大學(xué)，2014.