聞 雁

(中鐵二院西北勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 概述

隨著我國(guó)工程建設(shè)項(xiàng)目的廣度和深度的推進(jìn)，新建工程與既有工程相互干擾的工程案例越來(lái)越多。目前，因建設(shè)用地越來(lái)越少，臨近既有隧道新建建筑物越來(lái)越多，本文依托臨近高鐵既有隧道寶蘭客專的天水建材城建設(shè)項(xiàng)目，通過(guò)三維建模計(jì)算，分析其對(duì)既有高鐵線影響，保證運(yùn)營(yíng)安全，同時(shí)對(duì)類似工程提供借鑒。

2 工程概況

寶蘭客運(yùn)專線設(shè)計(jì)速度250 km/h，渭河隧道位于寶蘭客專天水南至秦安區(qū)間，為單洞雙線特長(zhǎng)隧道，隧道全長(zhǎng)10 016 m。新建建筑物天水恒瑞泰實(shí)業(yè)有限公司七里墩建材過(guò)渡市場(chǎng)(天水和諧美居建材城)位置位于寶蘭客專K1376+687～K1377+087(400 m)區(qū)間范圍，該范圍內(nèi)隧道襯砌類型采用Ⅴ-qb1型，道床類型整體式道床，隧道埋深約40 m。該區(qū)間范圍隧道位于R=8 000 m曲線段，主體隧道設(shè)置2號(hào)豎井與自然地面相接，并在地面上設(shè)置有豎井管理所。

天水和諧美居建材城為臨時(shí)建筑，建筑主體結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)[1]，地上建筑3層總高度為14.70 m；地下建筑1層高度為4.50 m。地下1層建筑僅在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑主體地下停車場(chǎng)區(qū)域范圍內(nèi)布置，其余鋼結(jié)構(gòu)建筑主體僅有地上部門。地下建筑1層采用樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)，筏板厚0.4 m，筏板下樁基長(zhǎng)7.0 m，樁徑0.9 m，樁基底面至自然地面總高度約11.9 m。未設(shè)置地下1層的建筑主體范圍內(nèi)基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，樁基布置形式為每根鋼結(jié)構(gòu)主體立柱下設(shè)置1根樁，樁長(zhǎng)7.0 m，樁徑0.9 m，樁基底面至自然地面高度約7.0 m。

項(xiàng)目計(jì)劃施工的設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑主體用地紅線邊界距離寶蘭客專渭河隧道2號(hào)豎井邊緣最小直線距離約16.5 m，且地下1層建筑部分區(qū)域已在隧道2號(hào)豎井橫通道正上方。

其平面、縱剖面如圖1，圖2所示。

現(xiàn)對(duì)各巖土層的特征自上而下分述如下[2]：

③層為新近系泥巖，根據(jù)風(fēng)化程度的不同，將該層劃分為強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化泥巖兩個(gè)亞層。具體描述如下：③1層強(qiáng)風(fēng)化泥巖(N)：棕紅色～青灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖芯較破碎，巖芯多呈塊狀、短柱狀，節(jié)長(zhǎng)5 cm～10 cm左右，局部呈灰褐色，層底埋深為26.00 m～26.30 m，層厚為9.20 m～10.80 m。③2層中風(fēng)化泥巖(N)：青灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥質(zhì)巖芯較完整，巖芯多呈柱狀，強(qiáng)度較高，遇水易軟化、崩解，本次勘察未揭穿，最大揭露厚度16.50 m，最大揭露深度42.80 m。

3 既有渭河隧道建設(shè)情況

本次建模隧道襯砌類型為寶蘭客專渭河隧道竣工圖中對(duì)應(yīng)里程段斷面形式及支護(hù)參數(shù)進(jìn)行建模，具體支護(hù)參數(shù)及斷面形式[3]如表1，圖3，圖4所示。

表1 渭河隧道對(duì)應(yīng)里程段隧道襯砌主要支護(hù)參數(shù)匯總表

4 數(shù)值模型建立

本次計(jì)算采用三維數(shù)值模擬，運(yùn)用Midas GTS NX有限元軟件進(jìn)行計(jì)算,共數(shù)值模型見圖5，各土層物理力學(xué)參數(shù)如表2所示。

5 計(jì)算結(jié)果分析

基坑開挖對(duì)隧道二襯結(jié)構(gòu)沉降分析如圖6所示，各工況下隧道位移如表3所示。

表2 各巖土層物理力學(xué)參數(shù)表

表3 各工況下隧道位移 mm

根據(jù)計(jì)算，基坑開挖工況引起的隧道橫洞結(jié)構(gòu)最大沉降為5.51 mm，為停車場(chǎng)部分基坑開挖卸載形成回彈變形，該處位于基坑開挖正下方處橫通道位置，該工況下正洞最大沉降3.67 mm；在基坑回填及主體結(jié)構(gòu)樁基加載工況下，最大沉降分別為-1.70 mm及-1.87 mm，也均位于隧道豎井橫通道的地下室正下方處，隧道正洞在基坑回填及主體結(jié)構(gòu)樁基加載工況下沉降均小于1 mm。

各工況下最大水平位移沿X軸方向?yàn)?1.76 mm，處于基坑開挖下方處橫通道位置，沿Y軸方向?yàn)?.66 mm，處于基坑開挖下方的橫通道所連接的主洞位置處，在基坑回填后水平方向位移沿X軸及Y軸均小于1 mm。

6 結(jié)論

隧道上方附加應(yīng)力增大或減少都會(huì) 對(duì)隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生或多或少的影響，距離隧道越近，這種影響越明顯。本文通過(guò)以上計(jì)算得出以下結(jié)論：

1)既有線隧道結(jié)構(gòu)允許的變形不僅取決于既有線結(jié)構(gòu)變形的控制標(biāo)準(zhǔn)，還取決于軌道結(jié)構(gòu)允許的變形極限值[4]，一般情況下隧道的變形值不小于軌道結(jié)構(gòu)的變形，但從安全運(yùn)營(yíng)的角度出發(fā)，隧道結(jié)構(gòu)變形必須服從軌道結(jié)構(gòu)的變形，從而防止整體道床與軌道脫離，軌道結(jié)構(gòu)變形允許極限值應(yīng)符合軌道養(yǎng)護(hù)維修規(guī)則。鋼軌每3 m的垂直偏差應(yīng)不大于0.3 mm[5]，根據(jù)對(duì)模型各工況下隧道沉降值計(jì)算，并對(duì)各階段沉降差值最大段落進(jìn)行測(cè)量得各施工階段中最大沉降差值為每30 m垂直偏差1.1 mm，滿足相關(guān)規(guī)范要求，不會(huì)影響隧道安全。

2)隧道主洞襯砌軸力及彎矩最大及最小值主要集中在與橫通道相連位置處，其絕對(duì)值遠(yuǎn)大于其他典型斷面處的軸力及彎矩，主要因?yàn)樗淼琅c橫通道連接處為異型斷面，受力情況復(fù)雜，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題,由于在Midas GTS NX建模過(guò)程中隧道主洞與橫通道連接段襯砌鋼筋，鋼架，托梁等細(xì)部結(jié)構(gòu)很難在模型中體現(xiàn)，但實(shí)際施工中連接段一定有相應(yīng)的加強(qiáng)支護(hù)措施，故實(shí)際工程不會(huì)出現(xiàn)如模型中如此之大的應(yīng)力集中。通過(guò)典型斷面處軸力及彎矩值計(jì)算隧道[6]上方基坑開挖及樁基加載，不會(huì)對(duì)二襯結(jié)構(gòu)造成很大影響。

3)從現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)值看，采用GTS三維數(shù)值計(jì)算值偏大，特別是基坑開挖后的回彈變形值，這與建模分析中采用的本—構(gòu)關(guān)系很大，在實(shí)際工程中可進(jìn)一步探索相關(guān)改進(jìn)措施。