徐海杰 楊昕碭 曹振源 趙文錦 袁釬釬

(鄭州大學土木工程學院，河南 鄭州 450001)

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·橋梁·隧道·

雙線地鐵隧道開挖引起的路面開裂研究★

徐海杰 楊昕碭 曹振源 趙文錦 袁釬釬

(鄭州大學土木工程學院，河南 鄭州 450001)

采用有限元方法，對雙線隧道開挖導致的路面開裂位置進行了分析，并與實測結(jié)果作了對比，指出有限元方法可用于評估隧道開挖導致的上方路面開裂，對城市隧道開挖過程中的路面保護具有重要意義。

路面，隧道，有限元模型，水平位移

目前我國眾多經(jīng)濟較發(fā)達的城市都在進行城市地鐵建設(shè)，大量的盾構(gòu)施工穿行于現(xiàn)有的市政道路之下。城市中修建地鐵隧道不可避免會使地表發(fā)生移動和變形，過大的地表移動及變形會對地面建筑物、樁基以及地下管線產(chǎn)生重大危害，諸多學者在該方面進行了深入的研究[1-3]。

隧道開挖對公路的影響方面，段恩新[4]通過建立隧道—地基—路基相互作用計算模型，采用數(shù)值計算方法分析計算了隧道下穿深度、地層模量、泊松比及強度參數(shù)等因素與路基沉降變形規(guī)律之間的關(guān)系。對于城市地鐵盾構(gòu)隧道，由于施工區(qū)域主要存在于鬧市區(qū)，且通常沿市內(nèi)重要地面交通線進行布置。不可避免的對上部既有公路產(chǎn)生擾動，甚至導致上部路基路面產(chǎn)生開裂，嚴重影響上部道路的壽命及交通運行效率。針對該問題，本文通過有限元分析及現(xiàn)場實測進行研究，重點研究裂縫開裂的位置與隧道之間的關(guān)系。

1 有限元模型

模型長度200 m，土體深度共50 m,隧道埋深14 m，隧道直徑為30 m。土體側(cè)向約束水平方向位移，底部約束豎向位移(見圖1)。

土體為鄭州粉土，采用摩爾—庫侖模型進行計算，彈性模量為20 MPa，泊松比為0.35，粘聚力為15 kPa，內(nèi)摩擦角為25°。隧道襯砌為混凝土結(jié)構(gòu)，彈性模量為32.5 GPa，采用彈性梁模型來進行計算。路面為瀝青混凝土材料，與溫度有關(guān)，在20 ℃下，采用彈性梁模型進行計算，彈性模量取為1 600 MPa，泊松比取為0.4。

2 結(jié)果及分析

有限元計算得到的位移云圖如圖2所示，雙線隧道開挖導致的土體位移主要發(fā)生在隧道上方。從圖3路面位移及應(yīng)變曲線中可以看出，路面最可能發(fā)生開裂的位置，也就是應(yīng)變最大位置，約在兩隧道中心(100 m)向外18 m左右位置處。

對鄭州市某路段的部分裂縫進行測量，通過處理數(shù)據(jù)得出的結(jié)果如圖4所示。

通過有限元分析圖與計算所得的數(shù)據(jù)可以看出：路面實際開裂位置分布在兩側(cè)隧道附近，間距約為20 m，而通過有限元和繪圖計算所得間距18 m左右。雖然模擬得到的規(guī)律和實際相比有一些差距，但是整體變化過程還是一致的。鑒于本文考慮的是理想狀態(tài)下的沉降情況，可以看出通過數(shù)值模擬得到的結(jié)論具有一定的可靠性。

3 結(jié)語

1)雙線隧道開挖所產(chǎn)生的土體損失，導致上方公路路面發(fā)生不均勻沉降，進而產(chǎn)生裂縫，且裂縫出現(xiàn)在路面應(yīng)變最大位置處；

2)通過本文有限元計算得到的路面裂縫與實測結(jié)果基本一致，可采用有限元方法對路面開裂問題進行評估。

[1] 鄒文浩.隧道開挖對周邊房屋影響及大直徑盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定性研究[D].北京：清華大學,2012.

[2] 向衛(wèi)國.隧道開挖引起地下管線變形和安全性狀的研究[D].北京：中國鐵道科學研究院,2011.

[3] 朱逢斌,楊 平,ONG C W.盾構(gòu)隧道開挖對鄰近樁基影響數(shù)值分析[J].巖土工程學報,2008,30(2):298-302.

[4] 段恩新.鐵路隧道下穿施工引起高速公路路基沉降規(guī)律研究[J].石家莊鐵道大學學報(自然科學版),2013,26(2):41-45.

On roadbed cracks caused by double-line subway excavation★

Xu Haijie Yang Xindang Cao Zhenyuan Zhao Wenjin Yuan Qianqian

(CollegeofCivilEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China)

The paper adopts the finite element method to analyze the roadbed crack positions caused by the double-line tunnel excavation, compares it with the measured results, and points out the finite element method can be used in the evaluation of the tunnel excavation which leads to the upper roadbed cracks, so it is important for the roadbed protection in the excavation of the urban tunnels.

roadbed, tunnel, finite element model, horizontal displacement

1009-6825(2017)09-0146-02

2017-01-14★:鄭州大學大學生創(chuàng)新項目(2016xjxm181)

徐海杰(1996- )，男，在讀本科生； 楊昕碭(1996- )，女，在讀本科生； 曹振源(1996- )，男，在讀本科生； 趙文錦(1995- )，女，在讀本科生； 袁釬釬(1996- )，男，在讀本科生

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