土体卸载对隧道结构的风险评估分析

刘志豪

（中铁二十五局集团第二工程有限公司 江苏 南京 210000）

1 工程概况

依托工程为穿越某市政雨、污管网工程。新建雨、污水排管均位于地铁隧道上方，设计雨、污水管敷设长度111.70m，污水管敷设长度120.90m，均采用DN800硬聚氯乙烯双壁波纹管，埋深1900～2700mm。本区间隧道最大轨面埋深约22.4m，最小轨面埋深约14.4m，最小竖曲线半径3000m，最大坡度23‰，最小坡度2‰。线路线间距12.0~14.0m。其中，管线距离盾构区间最近处约6.35m，管线与区间隧道位置关系（见图1、图 2）。

图1 平面关系图

图2 剖面关系图

根据现场钻探揭露，结合场地附近已有工程地质资料，将本次勘探深度范围内的地基土层由上至下按时代成因划分为：第四系全新统填土层①（Q4ml）、第四系上更新统冲积粉质粘土及粉土层②（Q3al）、第四系上更新统冲洪积砂卵石层③（Q3al+pl）、白垩系灌口组泥质砂岩层④（K2g） 四个大的工程地质层。

2 风险评估理论依据

2.1 风险评估依据

依据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJ/T202-2013）的相关规定，根据外部作业工程与地铁结构的距离及外部作业工程的影响分区，将施工外部作业工程的影响等级划分为特级、一级、二级、三级、四级：

经分析，拟建市政雨、污管网工程与1号线盾构区间相对净距为1.0~2.0D（接近）且在结构正上方2h1范围外，工作影响分区为一般影响区，据此定义二级。借鉴《地铁保护区内施工作业对地铁既有线结构监测要求》中对轨道交通结构的变形控制指标要求。

3 土体卸载对隧道结构的影响计算

施工雨、污管时考虑20kPa施工荷载，地层本构关系采用摩尔-库伦本构进行模拟，地铁车站主体结构采用钢筋混凝土弹性模型。施工阶段按实际施工过程进行模拟，分为下面三个阶段：放坡开挖雨、污水管；雨、污水管施工，考虑20kpa施工荷载；施工完成回填，恢复路面。

（1） 开挖雨、污水管埋置场地阶段，地面及区间隧道结构变形。

（2） 施工雨、污水管阶段，施加20kpa施工荷载，地面及车站主体结构变形如图3、图4所示：

图3 地面竖向位移云图（单位：mm）

图4 区间隧道隆起位移云图（单位：mm）

（3） 施完成后回填土体，地面及车站主体结构变形如图5、图6所示：

图5 地面竖向位移云图（单位：mm）

图6 区间隧道隆起位移云图（单位：mm）

经计算可知，施工雨、污水管，开挖土体后，地应力释放引起区间隧道隆起最大值为0.7mm；施工雨、污水期间，引起区间隧道隆起变形为0.5mm；回填期间对地面和区间隧道的影响较小。满足《地铁保护区内施工作业对地铁既有线结构监测要求》的相关要求。

结合评估指标可知，雨、污水明挖排管施工会对地铁车站结构、区间结构的内力、变形及位移产生一定影响，但引起车站、区间的结构变形及位移均在允许范围内，最大竖向位移均≤10 mm（包括各种加载和卸载的最终位移量），最大水平位移≤10mm（包括各种加载和卸载的最终位移量）。因此综合判定雨、污水明挖排管施工对地铁结构安全不会产生重大影响。

4 结语

（1）明挖排管施工过程中需加强对既有结构的变形监测工作，可在结构内布置实时自动化监测设备，以随时监控地铁安全状态，并根据监控信息对设计参数及施工方案进行针对性的及时调整，但城市轨道交通结构的监测工作，不得影响城市轨道交通的正常运营。

（2） 明挖排管施工时严禁在既有结构上方使用大型动载设备进行作业，应注意对地铁结构的保护，控制地铁上方及周边的地面超载，尤其是地面堆土、堆放材料及重型机械设备行走等，严禁将开挖出的土方堆放在既有结构上方以确保既有结构上方超载及周边10m范围内的堆载不大于20kPa。

（3） 施工时应避免采用振动较大的设备，其产生的震动对隧道引起的峰值速度应≤2.5cm/s。参考文献：

[1]王英.土体卸载与加载的差异性[J].佳木斯大学学报（自然科学版）2001,19(1) ：81-83.

[2]侯健.土体卸载对地铁区间隧道的影响分析[C].2017城市轨道交通关键技术论坛暨第26届地铁学术交流会.2017.

[3]程玉梅,韩炜洁,周明芳.土体加、卸载土工参数的区别[J].佳木斯大学学报（自然科学版）,2006,24(3)：448-450.

[4]康仲录.现代预应力混凝土结构设计中的若干问题与思考[C].全国混凝土及预应力混凝土学术交流会.2005.

[5]庄崖屏,江见鲸,荆树英,等.钢筋混凝土基本构件设计[M].北京：清华大学出版社,2006.