浙商朝天门中心项目对未来两江隧道建设的影响分析

刘鹤冰, 郭艳华

(1. 中铁建昆仑投资集团有限公司， 四川成都 610041； 2. 厦门市市政工程设计院有限公司重庆分院，重庆 400015)

[定稿日期]2017-09-29

重庆朝天门两江隧道为规划中的连接中央商务区解放碑、江北城和弹子石的快捷交通干线。浙商朝天门中心项目位于渝中区半岛朝天门节约街片区渝中组团F20-2/02地块，建筑红线与两江隧道部分重叠。为避免该项目的建设影响未来的两江通道建设，因此有必要对其可实施性进行分析论证。

1 工程概述

朝天门两江隧道采用城市干道I级标准，设计车速50km/h，双洞双向四车道。两江隧道由嘉陵江隧道、长江隧道和望龙门隧道按“Y”字型布置组成。双洞长度4 576m。浙商朝天门中心项目位于解放碑商圈与朝天门码头之间朝天门中心项目地块，用地成凹字形，东西长约123m，南北长约210m。项目与两江隧道的平面布置如图1所示。

图1 浙商朝天门中心项目与两江隧道平面关系

浙商朝天门中心项目分两期实施，一期项目为近期开发项目，包含2号塔楼(高89.05m)，13层商业裙楼(高54.15m)，5层地下室，地下室底面高程195.0(基坑深42.0m)。2号塔楼与两江隧道最近距离约45.2m，部分裙楼和地下室位于两江隧道上方。二期项目为远期开发项目，含1号塔楼，暂时不实施。1号、2号塔楼与隧道平面关系如图2所示，剖面关系如图3所示。

图2 1号、2号塔楼与隧道平面关系

图3 浙商朝天门中心项目与两江隧道横剖面

两项目的建设时序为浙商朝天门中心项目先行建设。因此两个工程之间存在相互干扰，浙商朝天门中心项目建成后会对两江隧道上方的岩层应力分布产生影响，增加两江隧道的施工难度。另一方面，两江隧道后期施工开挖也可能会影响浙商朝天门中心项目基础和上部结构的稳定性。为此在浙商朝天门中心项目实施前，有必要对这两个项目之间可能存在的风险进行模拟、评估，以便于风险控制。

2 理论计算分析

根据地勘报告，该地块位于长江与嘉陵江交汇处的三角形地带，地势总的趋势南边及中间高，北侧及东、西两侧低。经后期人工改造，场地呈多级台阶状。其主要岩土层有全新统人工杂填土(Q4ml)、冲洪积(Q4al+pl)粉质黏土和卵石土，侏罗系中统沙溪庙组(J2S)的泥岩、泥质砂岩和砂岩组成，浙商朝天门中心项目基坑底的围岩级别为Ⅳ级，规划两江隧道车行道宽度8.5m，拟定开挖隧道断面宽度D=11.86m。按照TB10003-2005《铁路隧道设计规范》[3]中的内容，可以计算两江隧道的塌落拱高度，并通过塌落拱高度判断两江隧道在浙商朝天门中心项目影响下是深埋隧道还是浅埋隧道，计算过程如下。

宽度影响系数：

ω=1+i(B-5)=1+0.1×(11.86-5)=1.686

荷载等效高度(塌落拱高度)：

hq=0.45×2s-1ω=0.45×24-1×1.686=6.070 m

深浅埋分界高度：

Hp= (2.0～2.5)hq=(2.0～2.5)×6.07=

12.14～15.175 m

如果隧道深浅埋分界高度按最大计算值15.175m计算，可以得到如表1所示的深浅埋判定。

表1 浙商朝天门中心项目影响下两江隧道深浅埋判定

按照表1的计算结果，在浙商朝天门中心项目影响下两江隧道仍为深埋隧道。根据TB10003-2005《铁路隧道设计规范》的相关规定，深埋隧道荷载只由岩土体塌落拱荷载引起，与塌落拱范围外的建筑荷载无关。因此规划两江隧道施工引起的围岩变形和岩体应力释放，只通过隧道塌落拱上方的围岩承担，不会传递给隧道上方的建筑结构上。

3 数值模拟分析

根据相关资料，浙商朝天门中心项目一期包含2号塔楼(19F/-5F，89.05m高)，13层商业裙楼(高54.15m)，5层地下室，地下室底面高程195.0(基坑深42.0m)。两江隧道为小净距隧道，隧道开挖宽度11.86m，隧道中心线间距16.67m，两江隧道洞顶与一期项目的建筑基坑底面最近距离约41.36m，与桩基础底面最近距离约36.36m。

计算有限元程序进行数值模拟。根据影响范围为开挖半径5倍的原则[1]，区间隧道开挖和支护在采用“死”、“生”单元的方法实现[2]。

计算采用5个计算步模拟施工过程：

(1) 计算步1模拟初始地应力场分布(图4)；

图4 计算步1初始地应力场

(2) 计算步2至计算步3模拟浙商朝天门中心项目的基坑开挖和建筑修建(图5、图6)；

图5 计算步2基坑开挖

图6 计算步3 塔楼修建

(3) 计算步4至计算步5 模拟两江隧道围岩开挖和衬砌支护(图7、图8)。

图7 计算步4 隧道左洞开挖

图8 计算步4、计算步5 右洞开挖

在浙商朝天门中心项目一期建筑影响条件下，两江隧道施工建成后的位移云图和应力云图和等效应变云图分别见图9～图11所示。

图9 最终位移云图

图10 最终应力云图(单位:kPa)

图11 等效应变云图

从计算模型的位移、应力分布云图中可以看出，两江隧道施工引起围岩位移、应力场的改变主要集中在新建隧道周围，受上方建筑物的影响很小。图11所示的等效应变分布图中，两江隧道施工引起的围岩应变重分布至在隧道周围一定范围内改变，隧道施工产生的应变区与建筑物基础有一段距离并未扩散到建筑物基础部分。等效应变云图分布与隧道深浅埋分界区域形状相吻合，这就从数值计算角度证明在浙商朝天门中心项目一期范围内的两江隧道为深埋隧道，隧道施工不会对上方建筑物产生影响。

两江隧道施工后，引起浙商朝天门中心项目的变形如下图所示，其中因隧道施工引起2号塔楼顶侧向位移为2.47mm，基础底沉降为3.26mm。因基础沉降产生的基础倾斜率为2.91×10-5，小于DBJ50-047-2006《建筑地基基础设计规范》中规定的4×10-3限值，因此可以确保浙商朝天门中心2号塔楼的结构稳定。

浙商朝天门中心项目因两江隧道施工产生的变形和位移曲线如图12～图14所示。

图12 2号塔楼基底位移曲线(单位：m)

图13 2号塔楼侧移曲线(单位:m)

图14 朝天门中心项目建筑位移云图(单位:m)

在浙商朝天门中心项目影响下，两江隧道建成后的衬砌变形和内力(图15～图17、表2)。

根据计算结果，隧道的受力和变形可满足承载能力要求和正常使用要求。两江隧道的衬砌变形和结构内力隧道左洞要大于隧道右洞。是因为模拟计算先开挖隧道左洞再开挖隧道右洞的结果。

图15 隧道衬砌位移图(单位：m)

图16 衬砌弯矩(单位: kN·m)

图17 衬砌轴力(单位: kN)

4 结论通过在浙商朝天门中心项目影响下对两江隧道修建的有限元仿真计算可以得到如下结论：

(1)理论分析表明，浙商朝天门中心项目一期、二期建筑基础与规划两江隧道洞顶间距大于隧道深浅埋分界线，两江隧道为深埋隧道，浙商朝天门中心项目不会对两江隧道今后的修建产生影响；

(2)平面有限元分析表明，两江隧道施工引起浙商朝天门中心项目2号塔楼的基础位移小于DBJ50-047-2006《建筑地基基础设计规范》中规定的基础安全变形限值。因此今后两江隧道施工不会影响上方浙商朝天门中心项目的安全；

(3)通过计算得到，在浙商朝天门中心项目影响范围内，在建筑自重荷载影响下影响下，两江隧道的衬砌结构内力按照标准隧道设计就能满足承载要求和正常使用要求，因此不需要对浙商朝天门中心项目影响范围内的两江隧道衬砌结构进行加强设计。

[1] 关宝树. 隧道力学概论[M]. 成都：西南交通大学出版社, 1993：49-54.

[2] 吴波, 高波. 城市地铁小间距隧道施工性态的力学模拟与分析[J]. 中国公路学报,2005(3): 84-89.

[3] 中铁二院工程集团有限责任公司.TB10003-2005 铁路隧道设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社, 2016.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2010.

[5] 李强,王明年. 浅埋隧道近接施工地表沉降有限元分析[J]. 四川建筑， 2004,24(5): 98-101.

[6] 章立峰,刘建国. 地铁区间隧道施工过程动态模拟分析[J]. 隧道建设， 2003,23(6): 3-5.