靈敏性軟土地區(qū)頂管施工對(duì)市域鐵路沉降影響分析

摘要：以溫州市政頂管軟土地區(qū)側(cè)穿市域鐵路為例，研究隧道工程中靈敏性軟土地區(qū)頂管施工方法對(duì)周邊市域鐵路的安全風(fēng)險(xiǎn)影響。對(duì)市域鐵路設(shè)計(jì)方案及頂管實(shí)施方案進(jìn)行分析，要求頂管施工對(duì)市域鐵路設(shè)計(jì)方案影響可控。收集臨近市域鐵路段道路施工過程中對(duì)市域鐵路數(shù)值影響，獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并分析其影響。通過設(shè)置合理的掘進(jìn)參數(shù)對(duì)頂管頂進(jìn)的影響進(jìn)行分析評(píng)估，以獲取可控的施工組織設(shè)計(jì)?？偨Y(jié)道路施工對(duì)市域鐵路的影響，可評(píng)判軟土地區(qū)施工對(duì)市域鐵路影響程度，指導(dǎo)設(shè)置合理的掘進(jìn)施工參數(shù)，進(jìn)行巖土結(jié)構(gòu)有限元分析，判定該頂管頂進(jìn)施工對(duì)市域鐵路影響是否可控。

關(guān)鍵詞：隧道工程;軟土地層;頂管;市域鐵路;變形監(jiān)測(cè)

1" "工程概況

某市域鐵路位于城市主干道道路正下方，屬于沖海積平原區(qū)，地勢(shì)平坦開闊，周邊重要性建購(gòu)物較少，多為農(nóng)田，村鎮(zhèn)，道路等。

市域鐵路周邊現(xiàn)規(guī)劃實(shí)施市政管網(wǎng)給排水項(xiàng)目，該項(xiàng)目位于市域鐵路控制線內(nèi)，項(xiàng)目建設(shè)給市域鐵路帶來較為不利的影響。

市政道路工程規(guī)劃紅線寬40m，全長(zhǎng)約3009.7m，周邊管線沿線管道較多，市政管線主要有雨水、污水、給水、燃?xì)夤?、電力，其中雨水、污水及燃?xì)饴裰蒙疃容^深，道路現(xiàn)狀如圖1所示。采用淺埋局部明挖方式施工，設(shè)計(jì)地面標(biāo)高距離市域鐵路結(jié)構(gòu)頂板頂豎直方向最小凈距約為6.9m，市政污水管埋深較深，采用沉井法+頂管法施工。

市政管線對(duì)市域鐵路的影響主要為沉井施工及頂管頂進(jìn)施工對(duì)市域鐵路的影響，具體沉井、頂管與市域鐵路[1]相互位置關(guān)系如表1所示。

根據(jù)溫州地層軟土易受影響特征，本次頂進(jìn)采用泥水平衡施工頂進(jìn)，先通過類似地層頂進(jìn)試驗(yàn)段，調(diào)制成一定濃度和比重的泥水。施工過程中，需通過實(shí)時(shí)調(diào)整泥水壓力值，以減少對(duì)市域鐵路的影響。泥水系統(tǒng)將泥水送至掌子面，形成穩(wěn)定層，以平衡地層中的水土壓力，并實(shí)施開挖[2]。頂管頂進(jìn)過程中，不斷切削土體，運(yùn)渣排泥系統(tǒng)，不斷將泥土與殘土輸送至地面泥水處理系統(tǒng)。泥水處理系統(tǒng)將渣土進(jìn)行分離，泥水可循環(huán)使用，渣土外棄。

2" "工程地質(zhì)條件

根據(jù)本次勘察揭示，擬建工程區(qū)的巖土層按其成因自上而下依次分類主要有淤泥、粉砂、淤泥、黏土、礫砂、黏土，各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表2所示，各結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3所示。

3" "市域鐵路現(xiàn)狀及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

市政道路目前正處于施工階段，施工過程對(duì)市域鐵路產(chǎn)生一定的影響。市政道路長(zhǎng)3km，現(xiàn)有5座橋涵[3]，道路采用攪拌樁進(jìn)行處理，市域鐵路明挖暗埋段埋置深度為5～8 m，市政道路改造勢(shì)必給市域鐵路帶來不利影響。其中，隧道水平位移最大為-2.2mm，沉降變形最大1.45mm，道床水平位移最大為-2.85mm，具體施工如圖2。

市域鐵路隧道工程基底采用樁基進(jìn)行沉降保護(hù)，且樁底處于較硬的巖土結(jié)構(gòu)中，根據(jù)變形結(jié)果可知，隧道水平位移變化較大，沉降變形較少。原因主要在于該地段施工主要為兩側(cè)的軟土加固。按照市域鐵路5mm的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)可知，該地區(qū)的道路施工對(duì)市域鐵路影響較大，軟土地層較為敏感，不適合危險(xiǎn)性較大的工程建設(shè)[4]。

根據(jù)已有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，圍墾路道路施工對(duì)市域鐵路存在一定影響，施工過程中需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)并分析健康狀況[5]，如發(fā)現(xiàn)不利情況，及時(shí)予以應(yīng)急救援預(yù)案并實(shí)施加固保護(hù)。

4" "沉管隧道對(duì)市域鐵路影響分析

根據(jù)市政管線方案設(shè)計(jì)圖紙、市域鐵路S1線施工圖紙、施工條件等相關(guān)資料簡(jiǎn)化計(jì)算模型。鑒于溫州市域鐵路已經(jīng)運(yùn)營(yíng)，假定S1線隧道結(jié)構(gòu)的沉降完全是由于沉井及頂管施工擾動(dòng)引起的，同時(shí)選取基坑的最不利開挖進(jìn)行分析。

隨著管線里程增加，沉井及管道與市域鐵路S1線的距離逐漸增加，本次模擬選取離S1線最近的兩個(gè)工作井（W1、W3）、兩個(gè)接收井（W2、W4）及區(qū)間管道范圍內(nèi)的相關(guān)地形及結(jié)構(gòu)，建立有限元分析模型。

模型為簡(jiǎn)化模型，土層采用均質(zhì)分布的材料結(jié)構(gòu)，本次計(jì)算模型擬采用修正摩爾庫(kù)倫彈塑性本構(gòu)。由多個(gè)的實(shí)際案例可知，修正摩爾庫(kù)倫本構(gòu)針對(duì)軟土地區(qū)具有較好的實(shí)際應(yīng)用性，能較好模擬軟土地區(qū)變形特征，在蠕變模型內(nèi)應(yīng)用廣泛。

各土體、混凝土結(jié)構(gòu)均采用三維實(shí)體單元模擬，樁單元、新建沉井、頂管均采用單元模擬。模型的邊界四周采用法向約束，模型底部采用固定約束，頂面不施加約束。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和理論分析，模型范圍為400m×250m×

60m（長(zhǎng)×寬×高），模型采用midas進(jìn)行建模模擬。整個(gè)計(jì)算模型共465040個(gè)單元，259035個(gè)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，模型如圖3所示。污水管與S1線結(jié)構(gòu)距離較近，局部最小僅為2m，如圖4所示。

在沉井及頂管施工過程中，市域鐵路S1線隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形逐漸變化。先開挖，沉降后施工頂管結(jié)構(gòu)，通過對(duì)開挖工序進(jìn)行模擬分析，得出最不利變形如圖5所示。

市域鐵路水平位移云圖如圖6所示。地層豎向位移云圖如圖7所示。市域鐵路豎向位移云圖如圖8所示。由此看出，污水管施工完成后，市域鐵路最大水平位移為0.165mm，沉井結(jié)構(gòu)最大水平位移為6.06mm，污水管最大水平位移為1.89mm。污水管施工完成后，整個(gè)模型最大豎向位移為15.90mm，發(fā)生在WD61沉井底部。市域鐵路最大豎向位移為0.295mm污水管最大豎向位移為1.538mm。

5" "結(jié)論

根據(jù)市政道路改造對(duì)市域鐵路的影響分析可知，軟土地區(qū)地下工程施工對(duì)周邊既有建構(gòu)筑物影響較大，不適合危險(xiǎn)性較大的地下工程建設(shè)。頂管施工過程中，需控制其與市域鐵路的安全距離。同時(shí)為保證運(yùn)營(yíng)鐵路的安全，需優(yōu)化頂管的掘進(jìn)參數(shù)，減少頂進(jìn)過程中地應(yīng)力損失。

通過對(duì)市政道路施工對(duì)市域鐵路影響分析可知，軟土地區(qū)的道路加固施工對(duì)市域鐵路影響較大，該地區(qū)土層較為靈敏。

研究頂管施工對(duì)市域鐵路項(xiàng)目時(shí)，需采用影響較小的掘進(jìn)參數(shù)，并加強(qiáng)對(duì)市域鐵路監(jiān)控量測(cè)，做到實(shí)時(shí)控制，必要情況下可采取糾偏措施對(duì)市域鐵路進(jìn)行保護(hù)。通過數(shù)值計(jì)算分析可知，該工程頂管施工對(duì)市域鐵路影響可控，方案可行。

參考文獻(xiàn)

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