土方回填对地铁隧道安全性影响研究

■雷开亮 张凯

（1中铁隧道勘测设计院有限公司陕西西安710016；2机械工业勘察设计研究院有限公司陕西西安710043）

土方回填对地铁隧道安全性影响研究

■雷开亮1张凯2

（1中铁隧道勘测设计院有限公司陕西西安710016；2机械工业勘察设计研究院有限公司陕西西安710043）

西安市半坡国际广场利用工程位于地铁一号线半坡站附近，土方回填对地铁一号线半坡站的安全影响极为重要，保证地铁车站的安全是项目成立的前提条件。本文采用三维数值模拟软件对施工过程进行模拟，动态分析土方回填过程中盾构隧道结构的变形发展，并评估盾构隧道结构的安全状态，得出土方回填对地铁一号线半坡车站的安全性影响评估结论。

土方回填 地铁隧道 数值模拟 安全影响

1 引言

地基土的回填直接对周边土层的产生扰动，从而将内力和变形传递到隧道洞室上，影响其安全使用状态。由于西安地铁的重要地位，在周边进行地下空间开发建设对其安全影响分析受到各方的重要关注，并成为项目是否可行的关键。

2 工程概况

2.1 西安地铁一号线概况

西安地铁第二条开工的线路，于2013年09月投入运营，全长约25.40公里，设19座地下车站。线路西起位于未央区的后卫寨站，东至位于灞桥区的纺织城站。

2.2 工程概况及回填方案

本工程与地铁一号线半坡站最近距离约50m浐， 河站～半坡站区间在景观广场正下方穿过。

土方回填项目与一号线 浐河站～半坡站区间平面关系见下图1，图中半坡国际广场项目景观广场分为左右两部分，右侧区域（蓝色部分）进行了土方回填，最大回填厚度约5.25m。紫色区域为局部扶梯基坑，该处比原地面标高降低约2m，四周设置挡墙，场地范围内最大回填厚度约5.25m。

图1 半坡国际广场项目与 浐～半区间平面关系图

2.3 工程地质条件

据勘探揭露，本区间地层自上而下依次为第四系全新统人工填土，冲积黄土状土、粉质黏土、粗砂、圆砾土、卵石土，上更新统风积新黄土，中更新统冲积粉质黏土、粗砂、圆砾土、卵石土等构成。实测场地地下水稳定水位埋深介于7.10～12.50m之间，相应标高为396.75～398.57m，属潜水类型。场地地下水位上黄土具湿陷性。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004），属非自重湿陷性黄土场地。

3 土方回填对隧道影响的数值分析

3.1 数值分析概况

采用美国专业岩土软件FLAC3D进行模拟计算，考虑到数值模拟边界效应的影响，计算模型适当外扩和放大，最终模型大小为100m×180m×50m（X、Y、Z方向）。

3.2 计算参数的选取

土体材料本构模型采用莫尔库伦理想弹塑性本构模型，各参数均根据现场勘查结果取值。

各土层参数最终取值如下表所示。

表1 各地层物理力学参数计算选取值

初期支护结构的各力学参数如表2。

表2 衬砌结构力学参数计算选取值

3.3 地基土回填对地铁隧道安全影响分析

计算中，两条纵向的地下盾构隧道等代层为实体单元，衬砌管片为壳结构单元。模拟从盾构施工一直到土方回填的整个过程结束后的土体位移情况。盾构模拟为循环开挖，每环管片1.5m。土方回填采用从1m～5m逐步增加，动态模拟整个施工过程。

图2 全部回填后地层竖向位移

图3 全部回填后盾构衬砌变形

将盾构结构随着土方回填的变形结果汇总如下：

表3 盾构衬砌最大变形统计表

计算结果表明，随着土方回填的增加，盾构衬砌的弯矩、轴力、剪力递增。当土方全部回填后，盾构衬砌的最大弯矩为127.3kN.m，最大轴力为668kN。

分析得出，当土方回填2m时，通过断面分析隧道沿纵向每10m差异沉降最大值为1.6<0.04%Li，满足要求；当回填土高度达到5m时，隧道差异沉降最大值为5.064>0.04%Li，不满足沉降要求，但经验算，满足受力要求。

4 结论

三维数值模拟计算结果显示：全部施工完成后，地面最大沉降30mm左右，以固结沉降为主；盾构隧道顶最大沉降为20mm，盾构隧道底最大沉降为17.5mm，差异值很小；全部施工完成后，沿隧道纵向沉降差很小，隧道变形曲率半径很大，远大于15000m，满足相关要求。全部施工完成后，盾构衬砌的最大弯矩为127.3kN.m，最大轴力为668kN，经验算，满足受力要求。

所以本项目上覆土回填完成后，会对地铁区间隧道结构的内力和变形产生影响，但这些影响尚在安全范围内。各项变形及差异变形满足控制标准要求。因此综合判定地基土回填不会对地铁结构造成安全影响。

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U45[文献码]B

1000-405X（2016）-5-481-1

雷开亮（1987～），男，本科，研究方向为地下空间与隧道工程设计。