張中立，喻楊健

(1.江蘇蘇通大橋有限責(zé)任公司,江蘇 常熟 226001; 2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430063)

0 引言

隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高,城市的景觀工程快速發(fā)展[1],由于地下工程上部地面未設(shè)置用地紅線的區(qū)域無明確開發(fā)建設(shè)的限制,因此,若既有的地下工程上部地面進(jìn)行景觀開發(fā)工程施工,則地下工程的使用階段不可避免地會受到工程活動的影響,且存在既有地下空間的正常使用和結(jié)構(gòu)安全面臨影響或嚴(yán)重危害的風(fēng)險(xiǎn)。所以在前期的研究及設(shè)計(jì)過程中,模擬并分析景觀工程的施工對已建隧道的影響,并給出了比較合理的設(shè)計(jì)及施工措施,是非常關(guān)鍵且必要的。本文以南京長江隧道[2]受到江心洲大江側(cè)濱江風(fēng)光帶景觀工程[3-4]影響為例進(jìn)行分析,可以為類似工程提供一定參考和借鑒。

南京長江隧道位于南京長江大橋與三橋之間, 連接浦口區(qū)—梅子洲(見圖1)。隧道總長約6 km,按六車道城市快速通道規(guī)模建設(shè),設(shè)計(jì)車速80 km/h,穿越長江段采用的是盾構(gòu)隧道,管片外徑14.5 m,從江北浦口區(qū)下地,穿過長江主航道到梅子洲,2010年通車[5]。南京長江隧道平面布置示意圖見圖2。

江心洲大江側(cè)濱江風(fēng)光帶位于江心洲上南京長江隧道登陸點(diǎn)位置,如圖3所示,寬度110 m～160 m,現(xiàn)狀大部分區(qū)域?yàn)樗梁筒莸?設(shè)計(jì)方案對地形進(jìn)行整治,建設(shè)內(nèi)容包括西北岸地表填高;東南方位老江堤部分區(qū)段破除并新建環(huán)島西路,同時(shí)包含環(huán)島西路下方的管涵施工等,如圖4,圖5所示。

由于濱江風(fēng)光帶位于隧道正上方,屬于強(qiáng)烈影響區(qū),同時(shí)景觀工程中涉及填方、挖方等施工,對隧道上部地層造成的影響屬于隧道原設(shè)計(jì)考慮外的變化因素[6],可能會對隧道的安全運(yùn)營產(chǎn)生不利影響[7]。由于項(xiàng)目所在地質(zhì)不均勻、水文較為復(fù)雜[8],為確保隧道的運(yùn)營安全,特針對景觀工程施工對隧道的影響進(jìn)行研究。

1 建設(shè)概況

1.1 主要工程問題

風(fēng)光帶景觀工程位于南京長江隧道里程K6+159—K6+409段上部(見圖6)。該區(qū)段內(nèi)南京長江隧道西線和東線凈距約為14.5 m～16 m。其中,風(fēng)光帶中的環(huán)島西路上跨南京長江隧道K6+300—K6+400段,道路與隧道的夾角約為80°,道路中心線處隧道埋深約20.7 m。

南京長江隧道在景觀工程范圍內(nèi)埋深約為17.8 m～25.7 m。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)各土層的物理力學(xué)指標(biāo)、原位測試結(jié)果,場地內(nèi)各土層工程特性綜合評價(jià)如下:

2 隧道保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

由于國內(nèi)針對道路隧道結(jié)構(gòu)變形規(guī)范相對缺乏,本工程相關(guān)變形量參照《南京市長江橋梁隧道條例》[9]、CJJ/T 202—2013城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范[10],結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn),建議按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行:

1)隧道結(jié)構(gòu)附加豎向位移(隆起):≤5 mm,變化速率不大于1 mm/d。2)隧道結(jié)構(gòu)附加豎向位移(沉降):<10 mm,變化速率不大于1 mm/d。3)隧道結(jié)構(gòu)累計(jì)豎向位移:≤20 mm。4)隧道附加收斂變形:≤1.5‰D(D取隧道外徑)。5)隧道累計(jì)收斂變形:≤3‰D(D取隧道外徑)。6)襯砌結(jié)構(gòu)承載力滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3 數(shù)值分析

3.1 計(jì)算模型

根據(jù)圣維南原理[11-12]和實(shí)際需要,建立計(jì)算模型和網(wǎng)格劃分如圖7,圖8所示。模型采用位移邊界作為邊界條件,除上表面為自由邊界外,各外表面均約束法線方向的位移。

3.2 計(jì)算假定

1)地層材料采用摩爾-庫侖準(zhǔn)則計(jì)算;2)假定土層成層均質(zhì)水平分布;3)盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)采用板單元模擬;4)地層和材料的應(yīng)力應(yīng)變均在彈塑性范圍內(nèi)變化;5)不考慮施工中對土體力學(xué)指標(biāo)的影響以及地下水滲流影響。

3.3 計(jì)算工況

3.3.1 工況一

1)施加應(yīng)力分析需要的邊界條件和初始條件,并計(jì)算達(dá)到初始應(yīng)力平衡狀態(tài);2)對現(xiàn)狀江堤道路進(jìn)行挖方,開挖到后期環(huán)島西路標(biāo)高;3)施工管涵;4)施工環(huán)島西路并施加道路荷載;5)風(fēng)光帶填方施工。工況一施工工序圖見圖9。

3.3.2 工況二

1)施加應(yīng)力分析需要的邊界條件和初始條件,并計(jì)算達(dá)到初始應(yīng)力平衡狀態(tài);2)風(fēng)光帶填方施工;3)對現(xiàn)狀江堤道路進(jìn)行挖方,開挖到后期環(huán)島西路標(biāo)高;4)施工管涵;5)施工環(huán)島西路并施加道路荷載。開挖示意圖見圖10。

3.4 計(jì)算結(jié)果

3.4.1 工況一

江心洲大江側(cè)濱江風(fēng)光帶西北岸綠化填高和老江堤改造新建環(huán)島西路施工過程中造成隧道變形結(jié)果如下:施工過程中Z向最大沉降為3.63 mm,發(fā)生于隧道拱頂;最大隆起為0.52 mm,發(fā)生于隧道底部;X向最大變形為0.28 mm;Y向最大變形為0.67 mm(見圖11)。計(jì)算結(jié)果表明,景觀工程施工對隧道拱頂沉降影響相對最大,對隧道X向與Y向變形無顯著影響。

3.4.2 工況二

江心洲大江側(cè)濱江風(fēng)光帶西北岸綠化填高和老江堤改造新建環(huán)島西路施工過程中造成隧道變形結(jié)果如下:施工過程中Z向最大沉降為4.12 mm,發(fā)生于隧道拱頂;最大隆起為0.51 mm,發(fā)生于隧道底部;X向最大變形為0.36 mm;Y向最大變形為0.85 mm(見圖12)。計(jì)算結(jié)果表明,景觀工程施工對隧道拱頂沉降影響最大,對隧道X向與Y向變形無顯著影響。

綜合上述數(shù)值分析計(jì)算結(jié)果,將工況一與工況二隧道變形與受力情況對比如表1所示。結(jié)果表明,工況一條件下,隧道管片的變形與受力均小于工況二,故推薦工況一作為本項(xiàng)目施工工序。

表1 隧道變形與受力分析統(tǒng)計(jì)表

4 實(shí)測數(shù)據(jù)

施工中對隧道管片進(jìn)行監(jiān)測,并將監(jiān)測數(shù)據(jù)與隧道管片在施工前的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,見圖13。結(jié)果表明,項(xiàng)目施工導(dǎo)致影響區(qū)段內(nèi)隧道管片沉降均不同程度增大。其中,東線隧道最大累計(jì)沉降值7.2 mm;西線隧道最大累計(jì)沉降值4.2 mm,沉降數(shù)值均在隧道安全使用要求范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

本文根據(jù)項(xiàng)目所處位置的地質(zhì)條件、江心洲大江側(cè)濱江風(fēng)光帶景觀工程和南京長江隧道的相對位置關(guān)系,對景觀工程采用兩種不同工序的施工方案對下部南京長江隧道的影響進(jìn)行了對比分析。

分析結(jié)果表明,景觀工程施工采用對現(xiàn)狀江堤道路進(jìn)行挖方并完成新路修筑后再進(jìn)行風(fēng)光帶填方施工的方案對下部隧道產(chǎn)生的影響較小。計(jì)算分析及實(shí)測驗(yàn)證表明景觀工程的施工對下部隧道產(chǎn)生的最大影響表現(xiàn)于隧道管片拱頂下沉,但施工對隧道的影響處于可控范圍之內(nèi)。本工程可以為在盾構(gòu)隧道上部施工的景觀工程項(xiàng)目提供參考。