楊曉宇

（河北地質(zhì)大學(xué) 水資源與環(huán)境學(xué)院，河北 石家莊 050031）

1 概況

某地鐵車站西南出入口附近將新建電力隧道及檢查井。新建檢查井及電力隧道與西南出入口最小距離僅0.997m。近接施工必然會(huì)對(duì)出入口結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，因此急需對(duì)電力隧道施工對(duì)西南出入口影響的大小需進(jìn)行安全評(píng)估，預(yù)測(cè)施工過(guò)程對(duì)周圍土體的擾動(dòng)范圍及影響程度，并給出極限沉降及允許沉降變形值，以保證施工過(guò)程的安全進(jìn)行。

本文將運(yùn)用數(shù)值模擬方法研究新建電力隧道及檢查井對(duì)西南出入口的影響。針對(duì)凈距小于1m 的特殊情況，建立近接隧道施工的三維數(shù)值模型，通過(guò)模型分析評(píng)價(jià)西南出入口結(jié)構(gòu)的安全性。

2 數(shù)值模擬

采用三維實(shí)體模型模擬施工，分析檢查井和電力隧道開挖引起的空間沉降效應(yīng)，確保電力隧道開挖過(guò)程中出入口結(jié)構(gòu)的安全。三維模型完全按照實(shí)際尺寸建模，計(jì)算范圍選取沿西南出入口結(jié)構(gòu)、檢查井和新建電力隧道60m 的范圍，考慮西南出入口結(jié)構(gòu)底板埋深為16.5m，最終取50m 作為計(jì)算高度。即整個(gè)模型是60m×60m×50m（長(zhǎng)×寬×高） 的立方體。邊界條件為：四周方向施加水平約束，下邊界施加垂直約束，地表為自由面。

分析采用ANSYS10.0 軟件，地鐵結(jié)構(gòu)及周圍土體采用實(shí)體單元(Solid45、Solid92)，并進(jìn)行離散化，如圖1。

三維計(jì)算模型及力學(xué)分析的計(jì)算工況為從電力隧道設(shè)計(jì)起點(diǎn)（檢查井） 開挖。開挖前對(duì)檢查井四周土體進(jìn)行加固處理，對(duì)電力隧道靠近西南出入口側(cè)1m 范圍進(jìn)行土體加固處理。電力隧道為淺埋暗挖法施工，每次進(jìn)尺約3~4m，總共17 步。

3 西南出入口結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)

通過(guò)分析三維模型計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行位移分析和內(nèi)力分析。位移分析主要依據(jù)電力隧道開挖時(shí)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沉降量和沉降差，通過(guò)其與允許值比較，定量判斷結(jié)構(gòu)安全性。根據(jù)配筋圖和混凝土、鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可計(jì)算出現(xiàn)有結(jié)構(gòu)極限抗彎能力和裂縫寬度為0.2mm、0.3mm 下的抗彎能力。出入口結(jié)構(gòu)抗扭承載力按照彎矩、剪力、扭矩共同作用下的箱形截面混凝土構(gòu)件計(jì)算。模型按位置分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 個(gè)區(qū)域進(jìn)行計(jì)算，橫截面結(jié)構(gòu)極限抗彎承載力均為1491.4 kN/m，裂縫彎矩為0.2mm、0.3mm 情況下正常使用極限狀態(tài)抗彎承載力為403.4kN/m、605.1 kN/m，安全值沒(méi)有超限。極限抗剪承載力均為733.46 kN/m，抗扭承載力依次為2641.8 kN/m、1998.2kN/m、2108.4kN/m，符合安全要求。同理，縱截面承載力計(jì)算結(jié)果滿足安全要求。

考慮使用荷載和施工引起附加荷載情況下，西南出入口結(jié)構(gòu)橫截面滿足結(jié)構(gòu)承載力要求、抗裂要求和抗扭要求。西南出入口結(jié)構(gòu)橫斷面在預(yù)測(cè)沉降范圍內(nèi)是安全的。電力隧道在開挖進(jìn)尺控制4m 左右時(shí)，考慮使用荷載和施工引起附加荷載情況下，出入口結(jié)構(gòu)縱截面滿足結(jié)構(gòu)承載力要求、抗裂要求和抗扭要求。出入口結(jié)構(gòu)縱斷面在預(yù)測(cè)沉降范圍內(nèi)是安全的。綜合評(píng)價(jià)出入口結(jié)構(gòu)內(nèi)力和沉降，如果嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件做好支護(hù)、緊跟開挖做好初期支護(hù)、嚴(yán)格執(zhí)行短進(jìn)尺、緊封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)等技術(shù)措施，西南出入口結(jié)構(gòu)是安全的。

4 結(jié)論及建議

1） 按照擬建通道的設(shè)計(jì)進(jìn)行地下通道的施工，能基本保證西南出入口結(jié)構(gòu)安全，但地鐵結(jié)構(gòu)縱向是否出現(xiàn)橫向裂縫需注意觀察；2） 施工過(guò)程中要遵循淺埋暗挖法施工原則：管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)；3）嚴(yán)格按信息化施工原則進(jìn)行施工管理，勤量測(cè)，發(fā)現(xiàn)洞周位移過(guò)快，超過(guò)控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)預(yù)加固措施，如圍巖內(nèi)注漿、掌子面注漿、加密鋼支撐、盡快封閉初期支護(hù)、襯砌的背后再次注漿等措施減小地鐵車站變形速率；4） 要求根據(jù)相關(guān)規(guī)范制定詳細(xì)的施工監(jiān)控量測(cè)計(jì)劃，嚴(yán)格執(zhí)行。