近距离下穿地下共同交叉管沟节点关键技术分析

文/刘智勇 柴艳飞 李荣昌 智鹏 方文 李鹏

近距离下穿地下共同交叉管沟节点关键技术分析

文/刘智勇 柴艳飞 李荣昌 智鹏 方文 李鹏

盾构区间下穿地下管沟，尤其是多个管线沟相交叉的节点部位是施工变形控制的技术难题。文章通过有限元计算盾构下穿高压电力舱和管线共同沟四通节点不同工况的变形。

交叉管沟；节点；有限元；竖向位移；盾构施工

轨道交通工程在市区建设速度逐年加快，由于市政管网规划与轨道交通不同步进行以及轨道交通线路规划的需要，盾构区间隧道会大量下穿和侧穿建构筑物，盾构下穿或侧穿管线在实际工程遇到的较多，工程案例也很多，但是地下管线之间纵横交错，有共同节点的情况并不多见，实际受力情况会更复杂。目前盾构下穿管线共同沟交叉节点几乎没有参考的工程实例，需要迫切进行研究。

1　工程概况

某地铁区间线路向东沿既有市政道路地下敷设，隧道行进路段周边现状为绿化带和少量农宅，区间线路下穿主要建（构）筑物为管线共同沟四通节点和高压电力舱以及市政道路路过街地下通道。区间线路出始发站后，沿市政道路地下敷设，向东行进，进入接收车站。盾构区间隧道采用双洞双线圆形断面，净空直径为5 500 mm，外径为6 200 mm，区间隧道采用盾构法施工。

2　地质概况

区间隧道从上至下依次为杂填土、中砂、粉质粘土、残积砂质粘性土，土层特性见表1。

表1　隧道区间物理力学性能

地下水主要为赋存于第四系土层中的松散岩类孔隙水，包括人工填土中上层滞水及孔隙潜水，赋存于残积层及全、散体状强风化带中的风化残积孔隙裂隙水和赋存于碎裂状强风化～中、微风化带的基岩裂隙水。

3　有限元分析计算结果

3.1管线共同沟与盾构隧道空间位置关系

高压电力舱与隧道结构外缘结构线最近距离为1.6 m，管线沟四通节点距离与隧道结构外缘线最近距离为5.4 m，根据轨道交通风险源管理办法，属于二级风险源。

高压电力舱和管线沟四通节点应根据产权单位要求确认控制，若没有，按沉降10 mm，变化速率3 mm/d，倾斜率控制值0.005考虑。

3.2竖向位移计算

3.2.1共同管沟交叉节点竖向位移

采用迈达斯GTS进行有限元建模计算，采用莫尔-库伦定律为理论基础进行分析，共同管线沟结构为钢筋混凝土结构，按照半刚性体处理，共同管线沟结构为PE材料结构，按照柔性体处理，处理后风险等级由Ⅱ级降为Ⅲ级，见图1和图2。

图1　左线开挖共同管沟交叉节点最大竖向位移

图2　右线开挖共同管沟交叉节点最大竖向位移

经有限元分析计算双线开挖完成后，管线沟最大沉降为1.4 mm，高压电力舱最大沉降为1.3 mm，市政舱与管线沟四通节点最大沉降为1.4 mm，满足控制值要求，四通节点管线处的变形与单个管线一致。

当采用另一种工况计算时，即市政舱与管线共同沟四通节点为柔性节点，管沟材料均采用PE管材料，管线沟最大沉降为1.7 mm，高压电力舱最大沉降为1.6 mm，市政舱与管线沟四通节点最大沉降为2.4 mm。管线沟由半刚性材料变为柔性材料后竖向位移增大了21%，高压电力舱由半刚性材料变为柔性材料后竖向位移增大了23%，市政舱与管线沟四通节点位移由半刚性材料变为柔性材料后竖向位移增大了71%。说明材料的刚度和刚性模量对共同管沟节点抵抗变形至关重要，同时也说明共同管沟节点处位移变形有叠加效应，属于变形最危险点。

3　结论

1）组成管线共同沟单个管线沟槽材料的刚度和弹性模量大小与共同管沟节点抵抗竖向变形能力呈正相关趋势，在区间隧道扰动不明显的情况下，尤为明显。

2）组成共同管沟节点处位移变形有叠加效应，即竖向位移与管线共同沟节点处管线的数量呈正相关。

3）采用有限元进行数值仿真计算，可以明确管线变形的趋势和变形规律对实际工程有重要的指导意义。

□DOI编码：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.05.019

□柴艳飞、李荣昌、智鹏、方文、李鹏/中建六局轨道交通公司。

□U455.43

□C

□1008-3197（2016）05-56-02

□2016-08-08

□刘智勇/男，1982年出生，工程师，中建六局轨道交通公司，从事轨道交通施工技术管理工作。