人行地通道明挖施工对地铁区间隧道的影响分析

尹恒

【摘要】以重庆照母山立交工程人行地通道跨越轨道五号线地铁区间隧道为工程背景，研究地通道明挖法施工对既有地铁隧道的影响。希望可作为同类工程的参考依据。

【关键词】明挖法；地铁；人行地通道

1、引言

照母山立交工程位于重慶市星光大道、金开大道两条道路交叉处，由拟建金开大道主线高架桥、改建星光大道延伸段至照母山隧道、新建三条匝道及人行地通道、人行天桥组成。修建的目的是实现花沟片区与大竹林片区的衔接与交流。拟建人行地通道下穿金开大道，跨越轨道五号线地铁区间隧道，位于轨道控制保护区内。地通道采用明挖法施工，全长42m，为钢筋混凝土框架结构。由于人行地通道的施工对地铁区间隧道构成潜在的风险，为此，本文对人行地通道施工过程中地铁隧道的位移和应力状态进行安全评估，其分析结果可作为同类工程的参考依据。

2、计算模型

采用有限元软件Midas-GTS进行二维开挖分析，计算范围为长70m，高55m的二维模型，经过优化后的网格如图1所示。地通道底板到地铁隧道结构顶的竖直距离为16.99m，两条地铁隧道线间净距为16.4m，隧道初期支护厚度为0.23m，二衬厚度为0.35m。计算范围内的岩土体采用二维平面应变单元计算；隧道衬砌采用梁单元计算。

图1有限元网格

3、材料参数及计算条件

3.1材料参数

本次计算区域位于照母山立交人行地通道与轨道五号线区间隧道相交地段，区间隧道位于人行地通道正下方，计算范围内的隧道围岩以素填土和中风化砂质泥岩为主，局部夹粉质粘土层和强风化泥岩层。区间隧道位于中风化泥岩层中，围岩级别为V级。有限元计算采用的单元类型及材料参数如表1所示，考虑施工对周围岩土体扰动，材料参数根据地勘资料提供的设计参考值按0.85倍折减。

3.2 计算前提

计算荷载：结构自重；岩土体开挖产生的围岩释放荷载；人行地通道正常运营后产生的人群附加荷载5kPa。

边界条件：模型底面约束竖直方向的自由度，侧面约束水平向的自由度，地表为自由面。

程序使用“生死”单元的方法实现基坑开挖、回填和结构物的修建。岩、土体材料的屈服条件采用莫尔-库仑屈服准则。

3.3 模拟开挖过程

（1）为简化计算，缩短计算时间，区间隧道采用全断面一次性开挖模拟，并且一次性施作好衬砌，即先计算初始静力场；然后全断面开挖隧道，再修筑衬砌。

（2）地通道开挖引起区间隧道上方围岩卸载，模拟明挖施工对区间隧道受力影响；

（3）地通道结构施作后人工回填，模拟地通道施工完成后对区间隧道受力影响；

（4）施加地通道的人群荷载，模拟正常使用时的状态。

4、计算结果

图2截面位置示意图

对有限元模型进行模拟计算可以得到在人行地通道施工开挖、回填土体和正常使用三个阶段，地铁区间隧道的结构变形和内力。对区间隧道指定截面（如图2所示）的结构内力，按照《铁路隧道设计规范》（TB10003—2005）计算各截面在偏心受压下的安全系数见表3。地铁区间隧道在三个阶段的最大位移见表2。

由以上数据可知，地铁区间隧道在人行地通道施工开挖、回填土体和正常使用三个阶段的产生的最大变形在10mm内，其结构内力按规范计算满足承载力要求和抗裂要求。因此，人行地通道的施工不会对地铁区间隧道造成危险。

结 论

通过照母山立交工程人行地通道施工及使用期间对轨道五号线地铁区间隧道影响的有限元计算可以得到如下结论：

（1）人行地通道施工对地铁区间隧道的影响，主要是造成区间隧道上方围岩卸载，使隧道受力状态产生变化，隧道最大变形随着施工开挖、回填土体及地通道正常使用呈减小趋势，结构的安全性能满足承载力要求和抗裂要求，地通道施工不会对地铁区间隧道造成危险。

（2）因地铁区间隧道已经修建完成，所以人行地通道施工时，应采用人工开挖或机械开挖方式，不得采取爆破开挖；应做好防排水工作，防止地表降水沿裂隙下渗至区间隧道；施工过程中应对隧道变形进行严格监控，确保对区间隧道的影响在规范允许的范围内，如果发现变形超限，或者变形发展超速，应立刻停止施工，直到找出原因并采取有效对策后才能继续施工。

参考文献

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