冯 浩
（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 100000）
近年来，随着我国城镇化的快速推进，城市人口越来越多，造成城镇交通越来越拥堵，极大地影响了人们的快速出行及生活品质的提高。地铁的建设一方面可有效缓解城市交通拥堵，另一方面不占用昂贵的地面空间，且可利用清洁能源等优点，在各类城市得到广泛采用[1-4]。
随着地铁建设线路的递增，新建线路在土方开挖、侧墙开洞以及降水施工中必然会对既有线路产生影响，可能引起既有线路结构产生变形或位移超限。因此，如何预测新建路线施工对既有线路结构的影响至关重要。本文以某地铁施工项目为例，通过有限元软件Midas GTS NX分析地铁换乘厅基坑开挖对既有线路的影响，以供相关技术人员参考。
某拟建地铁工程为17号线二期红星桥站与既有地铁3号线、远期16号线换乘转换厅段，工程位置见图1。
图1 工程位置示意图
本工程为地下1～2层现浇框架结构，基坑深度10.67～20.57m，沿马鞍东路长度78.4m，宽度18.72m，基坑安全等级为一级，综合考虑周边环境条件、工程地质和水文地质条件、基坑特点、施工工期、施工技术及工程造价等因素，根据围护结构计算及类似既有工程经验，围护结构采用Φ1000@1800旋挖桩。竖向采用1～3道支撑,第1道支撑为混凝土支撑。基坑降水采用坑外+坑内降水，施工期间分层降水，基坑初步开挖时降至基底以下1m，待开挖一半深度后，采用分层分段分槽开挖，并降水至既有区间结构底部。
拟建工程上跨既有3号线红～前区间，结构竖向净间距2.74～2.9m，区间隧道采用盾构法施工[5]，最大埋深18.9m，隧道结构为圆形管片衬砌，管片结构特征如下：管片内径为5.4m；
管片厚度为300mm；
管片外径为6.0m。具体情况如图2所示。
图2 拟建工程与3号线盾构区间剖面关系
2.1 计算模型
本次分析采用大型通用岩土工程有限元软件Midas GTS NX，建立三维分析模型。结合工程项目实际情况，考虑边界影响，采取上边界自由，侧面水平约束，下表面固定约束的模式，模型的应力考虑自重的影响，采取自上而下依次递增的方式。
2.2 基本假定
（1）土体为各向同性、均质的理想弹塑性体；
（2）初始地应力在模型计算只考虑土体自重应力；
忽略岩土体构造应力，使岩土体在自重作用下，土体达到平衡，而后再进行结构施工的开挖；
（3）模型中所选用的地层参数，参照工程地勘报告中所给出的土体参数[6]。
2.3 模型参数
盾构衬砌采用板单元模拟，围护桩采用实体单元模拟，上部基坑结构采用板单元模拟，支撑采用梁单元模拟。土体采用修正摩尔-库伦本构模型，整个模型X方向尺寸为98.17m，Y方向尺寸为127m，Z方向尺寸为50m，具体参数设置如表1所示。
表1 地铁基坑围护结构及区间隧道结构参数
前后左右边界约束相应方向位移，底部边界约束XYZ方向位移，顶部边界为自由面。通过钝化土体单元模拟开挖，激活梁单元实现支撑。地面超载取20kPa。所建立的三维有限元分析模型如图3所示。
图3 三维计算模型示意图
2.4 模拟过程
有限元模拟的过程如下：初始地应力平衡，位移清零→围护桩施工→基坑降水，一层开挖→二层开挖→三层开挖→拆撑+结构施工→覆土回填。
3.1 基坑位移模拟结果分析
根据位移模拟结果可知：开挖至基坑底，基坑主体结构未施做时，坑底土体出现一定程度的向基坑开挖临空面的位移，主要表现为周边土体的沉降，既有区间结构也发生一定的位移[7]。经计算，得到既有区间结构产生的最大变形及位移如图4所示。
图4 主要工序车站位移图
3.2 基坑安全模拟结果分析
经MIDAS GTS NX模拟计算可知：拟建工程基坑开挖期间，在降水至既有隧道结构底部的工况下，既有线区间结构左线最大竖向位移+1.4mm，右线最大竖向位移+1.2mm，左线最大水平位移2.3mm，右线最大水平位移3.6mm，既有区间结构位移均在结构安全储备范围内，即在基坑开挖时既有线结构是安全的。满足《地铁保护区内施工作业对地铁既有线结构监测要求》的相关要求[8]。
3.3 基坑开挖工程措施建议
但是，此工程基坑自身风险及周边风险都很大，且既有线已在运营中，需提前采取对基坑及既有区间的保护措施，工程措施建议如下：
（1）基坑开挖前应编制基坑专项方案；
（2）基坑开挖前对基坑影响范围内的既有区间管片连接情况进行检查，必要时采用紧固螺栓、纵向拉板等措施进行加固处理；
（3）开挖时分层分槽开挖，减小卸载覆土时对既有隧道结构的影响；
开挖过程中不得出现反坡，不应超挖和掏底；
开挖至一半时，对上跨3号线隧道范围内土体进行注浆加固；
（4）基坑施工期间加强对既有隧道的监测，控制竖向位移；
（5）采用信息化施工，严格控制施工操作；
（6）做好基坑降排水工作。
通过建立地层-结构模型，利用MidasGTS NX软件，对新建地铁17号线二期A换乘厅基坑施工对既有线路影响情况进行了模拟计算，根据计算结果可知：
（1）在降水至既有盾构区间结构底部的工况下，地铁3号线区间结构左线最大竖向位移+1.4mm，右线最大竖向位移+1.2mm，左线最大水平位移2.3mm，右线最大水平位移3.6mm，满足《地铁保护区内施工作业对地铁既有线结构监测要求》规定的水平位移与竖向位移控制指标要求。
（2）根据计算情况认为本工程实施方案基本可行，在各项指标控制良好的情况下，对既有地铁3号线红星桥站及红～前区间隧道结构影响较小，可满足轨道交通结构安全要求。
猜你喜欢管片号线区间你学会“区间测速”了吗中学生数理化·八年级物理人教版(2022年9期)2022-10-242020?年中国内地预计开通?91?条城轨交通线路现代城市轨道交通(2020年1期)2020-02-14杭州地铁1号线临平支线接入9号线通信系统的改造铁道通信信号(2020年11期)2020-02-07全球经济将继续处于低速增长区间中国外汇(2019年13期)2019-10-10管片拼装技术研究城市建设理论研究（电子版）(2019年9期)2019-09-16盾构管片封顶块拼装施工技术研究铁道建筑技术(2019年5期)2019-09-14地铁盾构管片受力分析及管片破损的控制措施研究工程建设与设计(2016年4期)2016-02-27区间对象族的可镇定性分析北京信息科技大学学报(自然科学版)(2016年6期)2016-02-27大连轻轨3号线发生脱轨都市快轨交通(2014年4期)2014-02-27下沉式管片试验平台研制与应用城市道桥与防洪(2013年10期)2013-03-11