董必成

摘 要：以深圳月亮灣立交改造工程為背景，通過采用理論分析研究橋臺填土引起的地鐵盾構(gòu)隧道附加荷載，并采用數(shù)值模擬研究橋臺填土引起的盾構(gòu)隧道附加變形。研究表明，當(dāng)橋臺填土采用輕質(zhì)混凝土?xí)r，填土引起的地鐵隧道附加荷載與變形均滿足地鐵盾構(gòu)隧道保護(hù)要求。

關(guān)鍵詞：橋臺填土 盾構(gòu)隧道 數(shù)值模擬

1.工程概況

月亮灣立交位于深圳市前海片區(qū)與南山區(qū)的交界處，是海濱大道與月亮灣大道兩條快速路的相交節(jié)點(diǎn)，是一座重要的樞紐型全互通立交。月亮灣立交-桂廟路主線跨線橋項(xiàng)目位于地鐵11號線南山站與前海灣站區(qū)間范圍段，目前地鐵11號線已開通運(yùn)營。

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案，月亮灣立交橋頭填土區(qū)域在地鐵11號線正上方。地鐵左右隧道之間凈距6.3m，填土區(qū)域隧道埋深約22m。南山側(cè)最大填土高度約4m，填土長度約80m，填土寬度約45m，填土面中心與地鐵11號線左線隧道凈距約11.5m，與右線隧道凈距約23.5m；前海側(cè)填土最大高度約5m，填土長度約145m，填土寬度約45m，填土面中心與地鐵11號線左線隧道凈距約2.5m，與右線隧道凈距約14.5m。

月亮灣立交橋臺填土區(qū)場地土層自上而下分別為填土，厚度8m，⑧礫質(zhì)粘性土，厚度22m及⑨強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，其中隧道位于⑧礫質(zhì)粘性土中，拱頂距地表22m。

2.地鐵盾構(gòu)隧道保護(hù)措施

為減小填土對下臥地鐵隧道的影響程度，設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁對填土區(qū)進(jìn)行了加固，其中前海段地基處理樁長7m，南山段地基處理樁長8.5m，并采用輕質(zhì)混凝土進(jìn)行橋臺回填，輕質(zhì)混凝土容重≤6kN/m3。

3.隧道附加荷載理論分析

根據(jù)地表填土面積、填土厚度及與隧道位置關(guān)系，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007-2011）附錄K查表可算得隧道頂部因填土所致附加應(yīng)力如圖1和圖2所示。

由圖1可知，南山側(cè)左線隧道頂部因填土所致附加應(yīng)力最大值為3.47kPa，南山側(cè)右線隧道頂部因填土所致附加應(yīng)力最大值為5.92kPa，均滿足地鐵安保要求，最大值均作用于填土較高一側(cè)隧道頂部。

由圖2可知，前海側(cè)左線隧道頂部因填土所致附加應(yīng)力最大值為7.64kPa，前海側(cè)右線隧道頂部因填土所致附加應(yīng)力最大值為9.42kPa，均滿足地鐵安保要求，最大值均作用于填土較高一側(cè)隧道頂部。

4.橋臺填土對隧道變形影響研究

（1）材料模型及計(jì)算參數(shù)。本次分析對圍護(hù)樁體和隧道襯砌采用板單元模擬，選取線彈性模型，結(jié)構(gòu)與土界面采用Goodman單元，模型范圍內(nèi)土層采用小應(yīng)變硬化土模型（HSS）進(jìn)行模擬。

（2）結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)。本工程中地鐵盾構(gòu)隧道襯砌混凝土強(qiáng)度等級C50，彈性模量E=34.5GPa，采用板單元模擬。根據(jù)相關(guān)研究成果，考慮隧道襯砌環(huán)向剛度折減率0.7，縱向剛度折減率為0.17。隧道施工的模擬采用襯砌收斂法，收斂率為0.4%。

（3）數(shù)值模型。為消除邊界約束對隧道變形的影響，模型邊界沿隧道縱向取至填土外50m，寬度取至隧道外50m，整個(gè)模型尺寸為250m（長）×150m（寬）。根據(jù)原有地鐵11號線詳勘資料，場地下臥基巖均為風(fēng)化花崗巖，假定中風(fēng)化花崗巖不可壓縮，模型底面取至中風(fēng)化花崗巖頂面，模型高度39m。前海側(cè)模型高度32m。對填土平面范圍下方8m厚度的土層進(jìn)行加固模擬，加固后的土體強(qiáng)度根據(jù)復(fù)合地基理論進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。

（4）模擬過程。數(shù)值模擬中詳細(xì)考慮了現(xiàn)場施工的過程，數(shù)值模擬步驟如下：初始應(yīng)力生成→隧道襯砌激活→隧道開挖，計(jì)算完成后位移清零→地層加固→施加填土荷載。

圖3為南山側(cè)填土完成時(shí)隧道的豎向云圖，從圖3中可看出，填土完成后，地鐵11號線隧道最大豎向沉降為0.8mm，滿足《深圳市地鐵集團(tuán)有限公司地鐵運(yùn)營安全保護(hù)區(qū)和建設(shè)規(guī)劃控制區(qū)工程管理辦法》中對于地鐵隧道的變形控制標(biāo)準(zhǔn)。

圖4為前海側(cè)填土完成時(shí)隧道的豎向云圖，從圖4中可看出，填土完成后，地鐵11號線隧道最大豎向變形為1.5mm，滿足《深圳市地鐵集團(tuán)有限公司地鐵運(yùn)營安全保護(hù)區(qū)和建設(shè)規(guī)劃控制區(qū)工程管理辦法》中對于地鐵隧道變形控制的要求。

5.結(jié)束語

綜上所述，得出以下結(jié)論：

（1）橋臺填土采用容重≤6kN/ m3的輕質(zhì)混凝土?xí)r，南山側(cè)隧道頂部最大附加應(yīng)力為5.92kPa，前海側(cè)隧道頂部最大附加應(yīng)力為9.42kPa，滿足《深圳市地鐵集團(tuán)有限公司地鐵運(yùn)營安全保護(hù)區(qū)和建設(shè)規(guī)劃控制區(qū)工程管理辦法》中對于地鐵隧道外側(cè)附加荷載的要求。

（2）地層加固條件下，橋臺填土采用容重≤6kN/m3的輕質(zhì)混凝土?xí)r，地鐵盾構(gòu)隧道最大沉降為1.5mm，滿足《深圳市地鐵集團(tuán)有限公司地鐵運(yùn)營安全保護(hù)區(qū)和建設(shè)規(guī)劃控制區(qū)工程管理辦法》中對于地鐵隧道變形控制的要求。

參考文獻(xiàn)：

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