基于Midas/GTS的某工程施工影響性分析

楊瑩瑩

重慶交通大學土木工程學院，中國·重慶 400074

基于重慶市某實際工程，運用Midas/GTS 建立了數(shù)值模型，得到了新建項目對臨近隧道結構的影響。論文主要分析了基礎施作以及施加外荷載兩種工況下隧道襯砌結構的變形情況。

Midas/GTS 數(shù)值模型；隧道襯砌；變形影響

1 引言

近年來，Midas/GTS 被廣泛應用于分析基坑工程施工對周邊建筑的影響以及邊坡工程的設計、優(yōu)化等問題[1]。論文以重慶市某實際工程為依托，采用Midas/GTS 數(shù)值分析軟件建立了有限元結構模型，分析了該擬建工程在不同工況下對已有臨近隧道的變形影響。這一模擬分析在一定程度上為施工安全提供了保障，同時，也為今后其他類似工程的數(shù)值模擬提供了參考。

論文以重慶某工程項目為依托，利用Midas/GTS 建立三維數(shù)值分析模型，分析樁基施做工況、施加上部結構荷載工況下對臨近既有隧道結構的變形影響進行分析，為今后的新建項目對臨近既有隧道的影響分析提供借鑒。

2 工程概況

該項目為重慶某住宅樓新建工程，項目占地面積37355.0m2，總建筑面積為72906.86m2，其中地上面積為29800.00m2，地下建筑面積43106.86m2。本項目建筑基礎為樁基礎和獨立基礎，部分為條基。樁基礎底標高為344.9～349.7m，樁基礎直徑為0.9m，長度為4.8m。獨立基礎底標高為348.2～353.7m。部分基礎結合承臺結構，承臺、基礎梁下均設置100mm 厚墊層。

擬建項目緊鄰軌道交通九號線蘭桂大道-中央公園，受擬建項目影響的隧道里程號：YCK35+430.852～YCK35+648.018，總長約217.17m。根據(jù)軌道設計資料，該段區(qū)間隧道采用二臺階法施工，斷面形式為馬蹄形斷面，單洞單線，區(qū)間斷面形式如圖1所示。目前該區(qū)間隧道設計工作已完成，尚未正式施工。建筑結構外邊線距軌道左線區(qū)間邊線最小水平距離10.2m，結構底板距離軌道最小豎向距離3.4m，樁基距離軌道結構最小凈距為10.38m。其平面位置關系和剖面位置關系如圖1和圖2所示。

圖1 軌道區(qū)間襯砌斷面圖

圖2 位置關系圖

根據(jù)項目的勘察報告，按照土層的特性，模擬計算選取的各材料有限元計算參數(shù)如表1所示。

表1 模擬計算參數(shù)取值表

3 數(shù)值分析

本次計算中，巖土體材料采用M-C 模型。區(qū)間隧道襯砌結構等采用彈性本構方程。根據(jù)實際施工步序，本次計算主要施工步序如下：

（1）初始應力計算，位移清零。

（2）地鐵隧道開挖及襯砌施工，計算。

（3）位移場清零。

（4）基坑開挖，應力位移計算。

（5）基礎施工，應力、位移計算。

（6）施加荷載，應力、位移計算。

由于目前軌道尚未修建，從對軌道最不利角度，即軌道優(yōu)先于擬建項目建設，考慮擬建項目建設對軌道結構影響。當軌道已建時，擬建項目建設時軌道結構及圍巖已經完成變形，因此在計算分析步序第3 步進行位移清零，只在擬建項目實施及使用對軌道結構的變形影響，此簡化不影響計算結果。

基坑開挖及加載過程中軌道區(qū)間結構的變形變化明顯，但絕對變形值一直維持在低水平。擬建項目建設及使用，最大水平位移為1.53mm，最大豎向位移為0.83mm。擬建項目建設及建成使用，所引起區(qū)間結構變形很小，均小于10mm，滿足規(guī)范要求[2]，如圖3所示。

圖3 位移云圖

4 結論和建議

4.1 結論

通過數(shù)值模擬分析擬建項目施工、運營對軌道交通九號線的影響，分析結果如下可得知：

（1）擬建項目建設及建成使用所引起區(qū)間結構的最大豎向變形為1.09mm，最大橫向變形為1.20mm，均小于10mm，區(qū)間隧道變形曲率為7.6×1010m，大于15000m，相對變形曲率半徑為1/（5.8×1013）m-1，小于1/2500，均滿足《城市軌道交通結構安全保護技術規(guī)范》[3]中軌道交通結構安全控制指標，因此擬建項目建設及建成使用不影響軌道結構正常運營。

（2）擬建項目建設及建成使用均不改變原區(qū)間隧道深埋受力狀態(tài)，區(qū)間隧道結構仍滿足原設計要求，區(qū)間隧道位于樁基45°應力擴散范圍外，樁基荷載不傳至軌道結構上。因此項目建設及建成使用不影響軌道結構安全。

因此，擬建項目的建設與運營不影響軌道交通結構安全與正常運營。

4.2 建議

（1）擬建項目軌道保護線范圍內的基礎施工均采用機械開挖，嚴禁爆破開挖。

（2）施工過程中的施工機械、材料和土石方的對方應盡量合理安排，嚴禁在軌道結構上方及附近堆放。

（3）擬建項目后續(xù)施工中應對軌道結構進行相關控制指標監(jiān)測，并做好圍擋等措施，避免施工期間其他荷載對軌道結構造成影響；

（4）擬建項目在進行后續(xù)施工前，需做好相關應急預案，如若發(fā)生緊急情況時，能夠及時妥善處理。

（5）項目擬建過程中，在施工影響區(qū)域的軌道結構上布置變形監(jiān)測點，施工過程中隨時監(jiān)測結構的變形，若發(fā)現(xiàn)異常變形，應加密監(jiān)測。建議軌道結構的變形控制值根據(jù)計算結果做出適當調整，但其值不得小于規(guī)范控制要求。建議區(qū)間隧道結構的水平變形與豎向變形控制值為10.0mm，報警值為8.0mm。

（6）擬建項目上部結構荷載較小，靠近軌道一側基礎形式可以考慮采用條形基礎。