李新偉，趙占群

（1.中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 450000；2.中鐵西南科學研究院有限公司，四川成都 611731）

地鐵線路周邊施工環(huán)境復雜，建筑物、構(gòu)筑物密集，自然地質(zhì)環(huán)境多變，人們對工程環(huán)境問題的研究，大多出于經(jīng)驗總結(jié)階段，而基礎理論數(shù)字化、模型化的成果不多[1]。比如道路放坡開挖對其鄰近結(jié)構(gòu)的影響，有時采用經(jīng)驗法確定，但結(jié)果常常難以滿足使用要求。特別是在既有地鐵結(jié)構(gòu)附近修建其他工程項目時，如果不能正確評估周邊工程對既有地鐵結(jié)構(gòu)帶來的潛在危險，則經(jīng)濟損失及社會影響難以估計。因此，正確評估周邊工程對地鐵結(jié)構(gòu)的安全性意義重大。

本次評估的對象主要是地面道路施工對廈門地鐵2號線金高區(qū)間盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的變形及地面的沉降隆起分析，重要性非同一般，關乎地鐵結(jié)構(gòu)安全及正常運營。

1 工程概況

擬建市政道路圓二路（金二路至金鐘路段）位于廈門市湖里區(qū)泥金社區(qū)、東宅片區(qū)及五通小區(qū)，原始地貌單元屬坡洪積準平原，現(xiàn)狀大部分為綠地，地坪高程為6.42～9.62m。金二路至金鐘路段基本與下覆地鐵線路（廈門地鐵2 號線金融中心站～高林區(qū)間）平行敷設，金高區(qū)間隧道拱頂覆土9～15m，線間距12.5m～17m，隧道洞身主要穿越粉質(zhì)黏土、砂土及殘積砂質(zhì)黏性土、全風化層地層，地下水位埋深0.5～4.5m。區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，采用平板型單層鋼筋混凝土管片襯砌，管片外徑6.2m，厚度350mm，環(huán)寬1.2m，混凝土強度等級為C50。

金二路至金鐘路段雨水管道、污水管位于規(guī)劃道路左側(cè)人行道下方，兩條地鐵隧道中間上方，部分段落與隧道存在小角度平面相交。最大埋深3.5m，采取1∶0.75放坡開挖方式，坑底最大開挖至管底0.62m，與隧道最小豎向凈距6.9m。

圖1 金二路至金鐘路段與金高區(qū)間橫斷面位置關系圖

2 安全評估分析

擬建圓二路施工過程中的挖填方，道路碾壓設備的激振力，雨水、污水管溝的開挖及回填等，都會對地鐵隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生卸荷、加載，致使地鐵隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降或隆起位移。本次安全評估重點對以上幾方面展開計算分析。

2.1 模型參數(shù)

計算過程需對道路施工荷載予以重點分析，其中土石方的開挖、回填及路基碾壓所需各種施工機械車輛荷載，簡化為均布荷載處理，荷載取值為50kN/m2；路基及管線埋設完成后，考慮路面瀝青鋪設及綠化等施工荷載，均布荷載按20 kN/m2取值。

此段區(qū)間從上至下各地層物理力學指標取值見表1，模型計算參數(shù)見表2。

表1 各層地層的物理力學指標

表2 模型計算參數(shù)

2.2 計算模型

金融中心站～高林站區(qū)間上方道路為圓二路與金三路交叉路段北側(cè)（道路起點至BK0+381.055），隧道拱頂與路面的垂直凈距為最小11 米，與雨水、污水管道的垂直凈距離最小為7 米。

本段道路存在較厚雜填土、素填土層，不得直接作為路基持力層，需進行挖除或翻挖碾壓處理。根據(jù)設計方案，對道路路槽以下的雜填土挖至管基底部50cm，再用好土分層碾壓回填至路槽底設計標高。

圖2 特殊路基處理設計開挖方案示意

采用Midas GTS NX 建立整體三維模型[2]，以道路寬度方向為X 軸，以地鐵隧道縱向方向為Y 軸，豎直方向為Z 軸，計算模型及相應的位置關系見下圖：

圖3 路面、管道與隧道相對位置關系示意圖

2.3 計算結(jié)果分析

根據(jù)計算過程分別提取路基處理+素填土挖除、管道鋪設、分層回填碾壓及道路結(jié)構(gòu)施工完成后隧道結(jié)構(gòu)的豎向位移及水平位移，計算結(jié)果整理如下表所示：

表3 區(qū)間左、右線隧道位移結(jié)果匯總

從表中可知，施工過程中結(jié)構(gòu)最大豎向位移為左線拱頂部位，最大值為7.31mm，水平位移為右線右邊墻部位，最大值為3.36mm。素填土挖除置換過程中，隧道結(jié)構(gòu)最大上浮7.31mm，超過豎向位移預警值（6mm），存在較大的施工風險。

3 方案建議

結(jié)合計算結(jié)果可知，在素填土大于4.3m 地段，原設計方案挖除素填土至管基以下50cm，對地鐵隧道結(jié)構(gòu)影響較大，存在不可控因素。建議適當減少土體置換開挖深度，將隧道結(jié)構(gòu)上浮量控制在5mm 左右，可將置換土坑底深度設置為3m，坑底以下部分采取重復碾壓加強基底的措施，其中雨水、污水管基斷面仍按1∶0.75坡度正常開挖置換土體。

根據(jù)計算過程分別提取路基處理+素填土挖除、管道開挖鋪設、分層回填碾壓及道路結(jié)構(gòu)施工完成后隧道結(jié)構(gòu)的豎向位移及水平位移，計算結(jié)果整理如下表所示：

表4 隧道左右線位移及收斂結(jié)果匯總（素填土置換3m）

從表中可知，對路槽以下的素填土置換3m 厚度時，施工過程中結(jié)構(gòu)最大豎向位移為左線拱頂部位，最大值為5.31mm，小于豎向位移預警值6mm。水平位移最大為右線右邊墻部位，最大值為2.50mm，其變形值滿足相關規(guī)范要求。

圖4 特殊路基處理設計開挖方案示意

圖5 路面、管道與隧道相對位置關系建模示意圖

4 結(jié)語

（1）路基開挖施工產(chǎn)生一定的卸荷效應，土體開挖導致區(qū)間周圍土體產(chǎn)生向內(nèi)移動的趨勢，在土體變形傳遞效應的影響下，金高隧道區(qū)間產(chǎn)生一定的上浮和水平位移。在路基填方段，道路施工產(chǎn)生一定的附加荷載（填土靜荷載和路面碾壓動荷載），會在一定程度上導致土層豎向土壓力增大，對應的水平土壓力減小，隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變形。圓二路地下市政管線基槽開挖產(chǎn)生一定的卸載效應，造成地鐵隧道區(qū)間產(chǎn)生一定的變形。

（2）結(jié)合數(shù)值分析計算結(jié)果表明，圓二路工程在路基開挖處理及管溝埋設整個施工流程中，金融中心站～高林站區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)在不同工序下產(chǎn)生了一定的豎向及水平位移，如管溝開挖中隧道產(chǎn)生一定的上浮，路基碾壓處理中發(fā)生一定的沉降，總的結(jié)果產(chǎn)生一定的豎向位移和水平位移，但變形數(shù)值均在變形控制標準之內(nèi)（預警值6mm）。

（3）建議在金二路至金鐘路段，存在較厚素填土及雜填土地段，土體置換時開挖深度宜控制在3m 以內(nèi)（超過3m 深度的素填土可采取重復碾壓等土體改善措施）或者通過優(yōu)化施工組織采取跳倉分段開挖等措施，以盡量減小路基挖方對隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的卸荷上浮影響；同時路基及溝槽開挖后暴露時間不宜過長，并做好地面截水和排水措施，防止地表水浸泡基槽，及時鋪設管道并分層回填碾壓。

（4）三維數(shù)值分析建立在土層各向同性、靜態(tài)施工的基礎上，無法考慮施工期間地下水的變化以及施工或其它因素對地層物理力學參數(shù)的影響，數(shù)值模擬結(jié)果與實際可能存在一定的偏差，施工過程中應加強現(xiàn)場施工管理及信息化溝通工作、以信息化指導施工[3]。