下穿长城浅埋隧道施工过程墙体稳定性分析

2015-04-27黄少凯赵丽花安阳师范学院人文管理学院河南安阳455000

山东工业技术 2015年4期

黄少凯,赵丽花（安阳师范学院人文管理学院,河南　安阳　455000）

下穿长城浅埋隧道施工过程墙体稳定性分析

黄少凯,赵丽花
（安阳师范学院人文管理学院,河南安阳455000）

大断面浅埋隧道施工不可避免扰动土层，造成地表既有临近建（构）筑物沉降、倾斜、开裂直至破坏，影响建（构）筑物的安全性和使用性，研究两者的相互作用关系对降低隧道施工造成的环境影响具有重要意义。本文以秦皇岛沿海公路下穿山海关长城的浅埋隧道工程为背景，分析了长城墙体在隧道施工过程中的破坏形式。采用数值模拟方法系统研究了隧道开挖过程中，长城沉降量和局部倾斜率的变化规律，并提出采用保护控制措施的必要性。

浅埋连拱隧道；下穿长城；动态施工

1　引言

在城市化、道路交通多元化的过程中，各种新建隧道穿越既有结构的情况不断出现。本文以秦皇岛沿海公路石河桥至冀辽界段穿越山海关长城的浅埋隧道工程施工为研究背景，分析隧道施工影响下古长城墙体的沉降、基础局部倾斜率的变化规律，并据此预测分析隧道开挖影响下古长城墙体的变形情况。结果表明长城在没有采取有效保护措施情况下受损严重。

2　工程概况

秦皇岛沿海公路石河桥至冀辽界段全长7.567km，双向四车道一级公路，设计速度为60km/h,在小湾村的北侧与山海关长城交叉，此处距山海关老龙头约1.5km。长城坡顶宽8-10m，坡脚宽20m左右，高8-10m，由于风蚀和雨蚀的长期作用，已经出现了风化和剥落，而且人为破坏痕迹比较明显。基于对古长城的保护及受路线总体控制，采用大断面连拱隧道施工。隧道洞顶覆盖层厚度为8m，属于浅埋隧道，要求开挖爆破振动量小，长城墙体沉降控制严格。

2.1 长城墙体破坏形式

浅埋大断面隧道施工引起地表建筑物破坏的主要形式[2]有不均匀沉降损害、倾斜损害、水平变形损害等。一般情况下，地表的拉伸和正曲率的同时出现，导致建筑物的变形往往是几种形式的综合表现，其中以差异沉降引起的倾斜、曲率及水平变形对建筑物的损害更为明显[3]，基于长城墙体将出现不同程度的沉陷、扭曲或开裂破坏，分析采取保护措施的必要性。

2.2 长城墙体变形检测标准

参考有关规范，结合工程类比和有限元数值计算分析[4～5]，选取长城基础的局部倾斜率和最大沉降量作为长城变形的控制指标，对模拟施工过程严格监控，当长城墙体的沉降量≥5.00mm，基础局部倾斜率为≥5.0×10-4时即为破坏。

3　隧道施工过程模拟结果与分析

3.1 数值模拟建模

保护长城在隧道施工时免于破坏是秦皇岛沿海公路胜利贯通的关键，为预测隧道开挖对长城墙体的影响及优化施工方案，应用Midas-GTS软件进行数值模拟分析。

3.2 计算结果与分析

3.2.1长城沉降量分析

由于开挖步骤较多选取隧道进尺每2m监测一次，从两侧长城沉降结果曲线可以看出：长城没有采取保护措施的情况下，长城墙体的沉降量在初期变化平缓稳步增加，在开挖到第12步时有了突然的下降趋势；继续施工作业过程中长城沉降量趋于线性变化在第23步时长城沉降量达到了5.06mm已经超过了破坏沉降量（≥5.00mm）；第28步后长城沉降量逐渐收敛，后期最大降量达到6.96mm。风化严重的古长城墙体已经遭到严重破坏，并且由于开挖顺序的不同左右长城随着施工进度沉降量也略微不同。

3.2.2长城基础局部倾斜率分析

选取隧道开挖进尺每2m检测一次，从两侧长城沉降结果曲线可以看出：随着开挖进程，长城基础的局部倾斜率变化量差距很大，长城没有采取保护措施的情况下，左侧长城基础倾斜率达到1.26×10-3已经超过了破坏值（≥5.0×10-4），但是此时长城墙体处于承载力极限状态，到12步开始变化趋势明显增加，此后长城墙体严重开裂，倾斜度继续继续增加，到28步时左侧长城已经遭到严重破坏，长城墙体基础部分断裂，倾斜率增加量减小，继续施工到最后两侧长城裂局部倾斜率趋于收敛，左侧长城倾斜率到达最大值2.88×10-3。

3.2.3总结与分析

通过长城墙体力学效应分析可以看出长城沉降量及基础局部倾斜率分析看出长城没有采取保护措施的情况下，长城墙体最大沉降量达到6.96mm（≥3.00mm）远大于沉降量忽略值最大值，局部最大倾斜率却达到1.26×10-3（≥3×10-4），由此可知长城没有采取保护措施的情况下长城墙体最大沉降量和基础局部倾斜率控制指标均超过了限值，长城出现了整体或局部的损坏，因此本工程项目在施工期间必须对长城墙体周边进行必要的保护措施，以保证古长城的安全性。