沈陽(yáng)地鐵區(qū)間臨近既有構(gòu)筑物安全性分析

【摘 要】文章針對(duì)已完成地鐵車站風(fēng)道工程，在區(qū)間盾構(gòu)側(cè)穿既有地鐵車站風(fēng)道結(jié)構(gòu)時(shí)，運(yùn)用MIDAS GTS NX有限元分析軟件建立有限元模型，利用數(shù)值分析的方法，綜合考慮地層條件、空間效應(yīng)、開(kāi)挖方法等影響因素，模擬分析區(qū)間盾構(gòu)開(kāi)挖力學(xué)行為，分析新建建（構(gòu)）筑物對(duì)周邊既有結(jié)構(gòu)的影響，指導(dǎo)區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行區(qū)間設(shè)計(jì)時(shí)與周邊環(huán)境結(jié)合，達(dá)到有效控制既有車站風(fēng)道結(jié)構(gòu)變形目的。

【關(guān)鍵詞】地鐵; 區(qū)間盾構(gòu); 側(cè)穿既有結(jié)構(gòu)

【中圖分類號(hào)】U452.2+6【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

在城市建設(shè)中，為了盡量減少對(duì)既有建（構(gòu)）筑物的影響，需就現(xiàn)有的工程情況，對(duì)既有建（構(gòu)）筑物進(jìn)行安全性分析，確保在施工過(guò)程中建（構(gòu)）筑物的安全及施工工程本身的安全。本文就沈陽(yáng)四號(hào)線長(zhǎng)白島站—長(zhǎng)白南站區(qū)間側(cè)穿長(zhǎng)白島站1號(hào)風(fēng)道為例，從既有結(jié)構(gòu)的變形情況、內(nèi)力變化情況進(jìn)行分析，對(duì)既有結(jié)構(gòu)受影響的程度、受影響的范圍進(jìn)行分析，提出安全保護(hù)措施建議，為工程安全建設(shè)提供指導(dǎo)。

1 工程概述

（1）長(zhǎng)白島站—長(zhǎng)白南站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間側(cè)穿四號(hào)線長(zhǎng)白島站1號(hào)風(fēng)道（圖1）。

本場(chǎng)區(qū)范圍土層主要是粉質(zhì)黏土、中粗砂、礫砂，地下水類型為潛水，含水層主要為砂土及礫砂層，主要接受大氣降水和地下徑流補(bǔ)給，以側(cè)向徑流為主要排泄方式。2015年及2016年年初現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)期間，在建長(zhǎng)白南站站正進(jìn)行基坑施工及管井降水，本區(qū)間的地下水位受此影響較大。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，擬建場(chǎng)地近3～5年最高地下水位距地面約為6～8 m（表1）。

（2）既有建筑物：四號(hào)線長(zhǎng)白南站1號(hào)風(fēng)道既有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況。

四號(hào)線長(zhǎng)白南站1號(hào)風(fēng)道為地下二層三跨結(jié)構(gòu)（局部?jī)煽纾?，風(fēng)道寬度約14.2 m，長(zhǎng)度約39.7 m。風(fēng)道與四號(hào)線長(zhǎng)白南站小里程端相連，四號(hào)線長(zhǎng)白南站為地下三層站。1號(hào)風(fēng)道采用C40混凝土，頂板厚度500 mm，中板厚度400 mm，底板厚度800 mm，側(cè)墻厚度500 mm，頂梁尺寸700 mm×900 mm，中梁尺寸700 mm×700 mm，底梁尺寸800 mm×1 000 mm，柱尺寸600 mm×600 mm。

（3）擬建長(zhǎng)白島站—長(zhǎng)白南站區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

長(zhǎng)白島站至長(zhǎng)白南站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。地鐵盾構(gòu)隧道均采用C50混凝土，隧道外徑6 m，內(nèi)徑5.4 m，隧道襯砌厚300 mm，主受力鋼筋采用主受力鋼筋采用HRB400鋼筋。

（4）長(zhǎng)白島站—長(zhǎng)白南站區(qū)間結(jié)構(gòu)與風(fēng)道結(jié)構(gòu)位置關(guān)系。

長(zhǎng)白島站—長(zhǎng)白南站區(qū)間側(cè)穿四號(hào)線長(zhǎng)白島站1號(hào)風(fēng)道，區(qū)間與風(fēng)道水平距離約2.85 m，豎向距離約2.37 m（圖2）。

2 有限元分析計(jì)算

建立模形見(jiàn)圖3。

（1）采用彈塑性計(jì)算模型。

（2）巖土體的變形是各向同性的。

（3）初始地應(yīng)力的計(jì)算只考慮初始自重應(yīng)力，未考慮構(gòu)造應(yīng)力。

（4）開(kāi)挖后土體應(yīng)力瞬間釋放。

區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，先施工區(qū)間左線，后施工區(qū)間右線。盾構(gòu)機(jī)由長(zhǎng)白南站始發(fā)，施工區(qū)間左線，到達(dá)長(zhǎng)白島站后掉頭，施工區(qū)間右線，返回長(zhǎng)白南站（圖4）。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 既有1號(hào)風(fēng)道變形

左線施工完成后風(fēng)道最大沉降量為0.86 mm，右線施工完成后風(fēng)道最大沉降量為0.89 mm，風(fēng)道沉降主要發(fā)生在左線施工期間，右線施工對(duì)風(fēng)道影響較小。最大沉降量小于10 mm滿足沉降變形要求（圖5）。

左線施工完成后風(fēng)道最大水平變形量為0.36 mm，右線施工完成后風(fēng)道最大水平變形量為0.41 mm，風(fēng)道水平變形量均較小。最大水平變形量小于5 mm滿足水平變形要求（圖6）。

取風(fēng)道底板靠近新建隧道側(cè)三點(diǎn)作為沉降分析點(diǎn)，各個(gè)分析點(diǎn)編號(hào)如圖7所示。

左線盾構(gòu)由長(zhǎng)白南站始發(fā)，依次對(duì)點(diǎn)1，點(diǎn)2，點(diǎn)3，產(chǎn)生影響。沉降發(fā)展主要發(fā)生在左線施工期間（S3～S54），右線盾構(gòu)施工由長(zhǎng)白島站始發(fā)，右線施工期間（S55～S106）風(fēng)道產(chǎn)生沉降較小。風(fēng)道角點(diǎn)，即點(diǎn)3，最終沉降量最大（圖8）。

3.2 既有結(jié)構(gòu)內(nèi)力

風(fēng)道彎矩及風(fēng)道結(jié)構(gòu)內(nèi)力對(duì)比見(jiàn)圖9、表2。

4 結(jié)論

（1）風(fēng)道最大沉降量為0.89 mm，小于10 mm滿足沉降變形要求。風(fēng)道最大水平變形量為0.41 mm，小于5 mm滿足水平變形要求。

（2）風(fēng)道沉降變形發(fā)展主要發(fā)生在左線施工期間，右線施工對(duì)其影響較小。

（3）區(qū)間施工對(duì)風(fēng)道頂板內(nèi)力影響較小，對(duì)風(fēng)道底板及側(cè)墻影響較大，內(nèi)力增加最大達(dá)到30%。進(jìn)行配筋驗(yàn)算，現(xiàn)有配筋滿足要求。

（4）盾構(gòu)區(qū)間控制好推力、推進(jìn)速率、盾構(gòu)姿態(tài)及壁后注漿。盾構(gòu)破樁過(guò)程中根據(jù)監(jiān)測(cè)反饋及時(shí)調(diào)整刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩、千斤頂頂力。加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，在施工時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。

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[定稿日期]2021-02-03

[作者簡(jiǎn)介]錢麗華（1977～），女，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈叵陆Y(jié)構(gòu)。