既有區(qū)間隧道上方填方施工對(duì)隧道襯砌變形及受力影響分析

趙 偉

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

0 引 言

隨著城市的發(fā)展和建設(shè)，并且受到城市可用空間的限制。越來(lái)越多的項(xiàng)目需要在既有項(xiàng)目的線位進(jìn)行規(guī)劃和施工，新項(xiàng)目施工必然對(duì)既有項(xiàng)目產(chǎn)生一定影響。尤其是地鐵這種對(duì)于變形控制較為嚴(yán)格的建筑，新項(xiàng)目施工前必須充分的分析其時(shí)施工對(duì)既有地鐵的影響。沈陽(yáng)長(zhǎng)青街快速路高架填方路基段位于地鐵盾構(gòu)區(qū)間上方，需施做永久擋墻并在擋墻內(nèi)填土，填土最大高度約4.7 m，需要分析填土對(duì)既有區(qū)間隧道的變形內(nèi)力應(yīng)影響。

1 工程概況

新建高架擋土墻填方路基段起始里程為K0+264.86，終止里程為K0+384.86，長(zhǎng)度120 m。本段擋墻填方段位于既有地鐵盾構(gòu)區(qū)間上方，擋墻下設(shè)置排樁基礎(chǔ)，擋土墻內(nèi)填土高度約1.3～4.7 m。擋土墻里程為K0+384.86位置，填方土高度最高，區(qū)間埋深最淺，本位置樁底距離區(qū)間最近，為最不利斷面。盾構(gòu)隧道外徑6 m，內(nèi)徑5.4 m，襯砌厚度0.3 m。最不利斷面如下所示，樁底距離區(qū)間頂約5 m。

圖1 填方路基與盾構(gòu)區(qū)間平面位置關(guān)系圖

圖2 填方路基與盾構(gòu)區(qū)間剖面位置關(guān)系圖

2 區(qū)間隧道變形及內(nèi)力計(jì)算分析

(1)區(qū)間隧道變形計(jì)算

采用理論分析方法進(jìn)行計(jì)算，填土位于地面擋土墻之間，附加荷載施加在地面。由于擋土墻和圍護(hù)樁的限制作用，附加荷載無(wú)法像一般的附加荷載一樣向下擴(kuò)散。按照對(duì)下方區(qū)間不利工況考慮，樁底土層附加荷載按照地面附加荷載數(shù)值計(jì)算，如圖3所示。填土容重按照20 KN/m3計(jì)算。擋土墻段起始里程為K0+264.86處超載為26 KPa，終止里程為K0+384.86處超載為94 KPa，如圖4所示。

圖3 填土超載剖面圖 圖4 填土超載縱向平面圖

采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》分層總和法分別計(jì)算角點(diǎn)1(2)、3(4)、5樁底至隧道頂沉降S1，樁底至隧道底沉降S2，樁底總沉降S3。通過(guò)S1、S2、S3計(jì)算隧道拱頂沉降、拱底沉降及相對(duì)變形。

表1 沉降分析表(mm)

(2)區(qū)間隧道內(nèi)力計(jì)算

按照對(duì)下方區(qū)間不利工況考慮，樁底土層附加荷載按照地面附加荷載數(shù)值計(jì)算，取附加荷載最大斷面，附加荷載標(biāo)準(zhǔn)值為P0=94 KPa。參考土力學(xué)教材，土壓力擴(kuò)散角按照22°取值，計(jì)算附加應(yīng)力。本工況其他荷載與填方路基施工前相同。施工后右線隧道左上方施加填方引起的附加荷載P1，隧道左側(cè)施加填方引起的附加荷載P2，如圖5所示。其他荷載計(jì)算按照《上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算。

填土豎向荷載：P1=P0×8/(8+2×5.09×tan22°)=62.4 KPa

填土水平荷載：P2=P1×0.35=21.7 KPa

(注：其中0.35為隧道所在土層靜止土壓力系數(shù))

表2 堆載前盾構(gòu)隧道荷載標(biāo)準(zhǔn)值(KPa)

地面填土完成后荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下，隧道襯砌軸力、彎矩如圖6、圖7所示。

圖6 堆載后彎矩圖 圖7 堆載后軸力圖

取按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的內(nèi)力進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果如下表。結(jié)果顯示最大彎矩增加量約為25%，最大軸力增加量約為18%。

表3 內(nèi)力分析表

3 結(jié)論與建議

(1)采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算沉降，隧道頂沉降量為5.053 mm；隧道底沉降量為3.414 mm。隧道收斂變形量為1.639 mm，結(jié)構(gòu)沉降量小于10 mm。軌道沉降近似取隧道底沉降3.414 mm，小于4 mm。

(2)采用《上海地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》荷載-結(jié)構(gòu)法計(jì)算隧道襯砌內(nèi)力變化，填方施工前地鐵區(qū)間最大正彎矩為100.7 KN·m，最大負(fù)彎矩為73.8 KN·m，填方施工后地鐵區(qū)間最大正彎矩為125.4 KN·m，最大負(fù)彎矩為90.8 KN·m，彎矩增加約25%；填方施工前地鐵區(qū)間最大軸力為828.7 KN，填方施工后地鐵區(qū)間最大軸力為976.4 KN，軸力增加約18%。

(3)地面堆載對(duì)既有隧道襯砌受力極為不利，進(jìn)行地面填土?xí)r，應(yīng)充分分析其填土對(duì)隧道襯砌內(nèi)力的影響，必要時(shí)在填土前對(duì)隧道襯砌進(jìn)行加固。