地铁盾构穿越建筑物施工工序的探讨

2014-05-05朱桂春周水林

华北科技学院学报 2014年3期

朱桂春，周水林

(1.扬州工业职业技术学院，江苏扬州 225000;2.江西省建筑设计研究总院，江西南昌 330046)

0 引言

近年来，各大中城市都正在建设或拟建地铁，地铁已经成为解决城市拥挤的有效措施。由于其所具有的方便出行，减缓城市拥堵的作用，地铁的选线往往是在城市密集建筑区的下方，这样就要在地铁隧道的施工过程中，不仅要保证隧道本身的安全性，更要确保地面建筑群的稳定性。而对于双线盾构施工工程力学的研究多局限于半经验半解析解，施工上更难于控制。所以本文结合武汉市某轨道交通工程实例，使用FLAC有限元对地铁盾构通过建筑物下方的过程进行动态模拟，根据计算的结果，分别从开挖后总位移，塑性区分布等方面综合分析，得到地铁隧道不同开挖工序对地表建筑物的影响，为地铁隧道的安全施工提出合理的建议。

1 工程概况

武汉市某轨道交通线路起止里程为右AK19+900～右 AK23+450，本文所选标段长约477.5 m，地处汉口中心城区，为城市主干道。

隧道顶板埋深10～16m，左洞埋深略微大于右洞埋深，由工程地质剖面图，隧道洞身上半部分主要为粉砂、粉土、粉质粘土，该层土具有一定强度，高压缩性，易扰动和易触变等特点，工程性质较差。隧道洞身下半部分主要为为粉细砂，主要以粉细砂为主，局部夹粉土、粉质粘土，该层中等强度，中压缩性，工程性质一般。场地地下水位较高，且具有承压性，工程地质条件较差。场地周边环境及工程地质条件决定本区间隧道不宜采用明挖法施工。且地表建筑基础下部为软弱粘土，该层土具有较低强度，高压缩性。根据武汉地区经验，该层土一般具有触变性和流变性特点，易形成滑动面。因地铁隧到所处地层工程地质条件差，而基础下方的土层稳定性不佳，所以在施工机械与施工工艺确定的情况下选择最合理的开挖工序是地铁隧道能否成功穿越的关键。所以使用FLAC有限元方法对地铁盾构通过建筑物下方的过程进行动态模拟。

2 盾构穿越建筑物动态模拟

根据设计图纸与现场测量的结果，本文模型的建立选取盾构通过建筑物下方的截面，示意图如图1所示。

图1 盾构下穿建筑物截面图

隧道开挖对其宽度的影响范围大概是隧道洞径的3～4倍，深度的影响范围大概是开挖洞径的2～4倍;考虑地表建筑物和其基础的自重，对土层施加地面均布荷载。模型边界约束条件为:左右边界X向、Y向约束，底部边界Z方向位移约束，其它位移边界自由;自地表往下，土层工程地质参数设定如表1所示。

表1 土层工程地质参数

模拟的过程根据开挖工序的不同，分为双洞同步开挖与双洞不同步开挖两种。如图2所示。

不同步开挖方案在开挖前进行注浆加固，而后双洞采用CRD法开挖，各种围岩等级下，都是右洞先期开挖，超前20 m，随后左洞开挖，每次进尺5 m，

图2 地铁隧道不同步开挖方法示意图

3 模拟结果分析

3.1 模拟不同开挖工序总位移结果对比分析

由图3、4可以看出建筑物的存在对地表变形会产生影响，表现为:

图3 同步开挖三维立体总位移云图

图4 不同步开挖三维立体总位移云图

1)约束了水平位移，影响了沉降槽曲线;

2)隧道开挖所造成的差异沉降会影响结构物内力，面向隧道侧和背向隧道侧变化不同;

3)隧道中心与结构中心的距离及埋深的变化对结构的内力变化有重要影响，但影响程度有所不同，并且弯矩和剪力的响应也不同;

4)两种施工工序对建筑物与地表变形均有一定影响，但影响的范围与程度有所不同，具体量化指标在各剖面中反映更加准确和明显。

隧道按预留核心土法进行开挖，双洞同步开挖施工完成后，地表的最大沉降量约为16.11 mm，见图3，进而会引起建筑物发生不均匀沉降，右洞拱顶沉降范围及最大沉降量较左洞大。双洞不同步开挖施工完成后，地表的最大沉降量约为15.52 mm，见图4所示，整个施工过程对地表及地层影响范围较大，仰拱处变形较小，对邻近建筑物影响较小。

综合上述分析，单从总位移角度考虑，双洞不同步开挖施工效果较好。