新建电缆隧道工程穿越地铁站天桥安全评估

吴漱月

(天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京 100000)

1 工程概况

闫焦一二T洪寺变电站110 kV送电工程L3主线新建电缆隧道2#竖井～3#竖井段穿越饶乐府地铁站行人天桥为确保L3主线新建电缆隧道(以下简称电力隧道)施工过程中饶乐府地铁站天桥的安全，对新建电缆隧道施工对饶乐府地铁站天桥影响计算分析、安全性评估等工作。

1.1 新建工程概况

拟建闫焦一二T接洪寺变电站110 kV送电工程(电缆隧道)场地位于北京市房山区城关街道、阎村镇，包括4条主线。其中L3线L3#～2#竖井～L3～3#竖井之间的区段施工处于地铁保护范围内，需对其施工过程对地铁的影响开展安全评估。

L3主线新建电缆隧道为石房线铁路东侧现状电力隧道东侧末端起至在建“地铁燕房线穿越工程”电力隧道，具体路径为：自石房线铁路东状电力隧道东侧末端连接后沿京周路北红线以南9.5 m向东至大石河，L3主线沿京周路北侧绿化带内敷设，共设检查井13座。

隧道净断面尺寸：2.0 m×2.3 m单孔电缆隧道，隧道宽度为2.0 m，起拱线的高度1.85 m，内净高度2.3 m，在隧道内部一侧设有人行步道，在隧道的两侧分别安装电缆支架@1 000。拱顶、侧墙和底板初衬、二衬结构厚度均为250 mm。

隧道的施工做法：喷射混凝土、网构钢架、钢筋网支护相结合的方法。所有竖井所使用的施工方法是倒挂井壁法，复合衬砌结构，初衬为300 mm厚C20喷射混凝土+钢格栅，二衬为C40模筑防水混凝土，其中D4.0 m和D5.2 m圆井，顶板及侧墙为300 m厚，底板为400 mm。6.0 m×6.0 m四通井二村项板厚400 mm，侧墙厚50 mm，底板厚600 mm。

L3～2#竖井为Φ5.2 m圆竖井，采用倒挂井壁法施工。工艺流程：注浆加固圈梁土方开挖圈梁施工圈梁上临时支护施工竖井初衬结构施工。在隧道施工前首先对松散地层采用小导管的方式进行超前注浆以加固土体，以保证开挖期间土体的稳定。

1.2 既有地铁设施概况

饶乐府站天桥跨京周路，天桥、墩柱、临时楼梯采用钢结构，基础采用桩基础。。

1.3 地层岩性及分布特征

本标段场地位于山区构造剥蚀丘陵与冲洪积平原的过渡地带，场区范围内地形起伏变化较大，整体地势东西高，中间底。勘探期间测量的钻孔孔口处地面标高为42.42～59.82 m。

根据对相关地质在施工影响范围内的地层按成因类型、沉积年代可分为人工堆积层、新近沉积层、第四纪沉积层、白垩纪沉积层及燕山期侵入岩五大类，并可以按岩性及工程特性进一步细分为6个大层及亚层。

2 安全评估内容

2.1 评估范围

根据新建隧道工程与既有燕房线地铁的相对位置关系以及相关规范中对于地铁保护范围的规定，选取了本次评估的范围，范围为沿既有地铁线路横向方向120 m，线路纵向100 m，土层厚度60 m。

2.2 评估内容

(1)选取典型工点，按照最不利影响考虑，建立三维数值计算模型，模拟新建工程穿越既有地铁燕房线施工过程，提供燕房线既有地铁结构受施工影响的变形分析结果。

(2)根据计算结果，分析新建工程穿越对既有地铁结构的安全性影响。

(3)对新建隧道工程施工工艺、步序、以及施工过程中需采取的保护措施等提出建议。

2.3 评估思路

新建工程穿越地铁燕房线饶乐府地铁站天桥，施工对既有饶乐府地铁站天桥的安全性影响评估重点研究内容。整个过程包括资料收集、地质条件分析、设计和现状调查、施工前现状检测资料，通过建立数值模型、相似工程类比和专家评审等多种方法，预测施工引起燕房线饶乐府地铁站附属天桥结构的变形规律，在此基础上对既有饶乐府地铁站附属天桥结构是否安全，地铁结构是否满足运营要求。

2.4 评估方法

本次计算采用Midas软件，模拟电力隧道的施工对既有燕房线饶乐府地铁站过街天桥结构安全性的影响，从而确定天桥的变形分析结果，评估地铁结构的安全性。根据相关安全的要求，综合各种影响因素，最终确定新建电力管线施工过程中，对于既有的地铁附属结构的相关保护措施。

3 穿越施工对既有地铁结构影响的安全性评估

3.1 计算模型

因电力隧道施工过程中存在影响区域，在确定数值模型的影响范围时取新建工程与既有地铁附属结构有效影响范围，本次所建评估模型的长度和宽度分别为100 m和120 m，自地表60m厚的地层土体作为模型中的主要考察范围。重点分析既有的饶乐府地铁站天桥由于电力隧道施工过程中受影响所产生的变形情况。

本次数值模拟计算过程中对模型周围的地层选取实体单元，不同的地层根据其属下采用不同的材料本构模型，对于模型的上部约束设置为自由边界，而其余3个临空面都建立为法向约束。

模型的外部附加荷载需要考虑以下方面。

(1)地铁结构本身的重力；

(2)土体在竖直方向的重力；

(3)桥梁结构及基础自重；

(4)地面超载20 kPa。

计算模型中根据不同的材料选择不同的本构模型进行模拟，对于混凝土材料采用弹性模型，各层土体选择修正摩尔库伦准则。土层和混凝土结构材料采用实体单元，模型中不同地层的相关力学参数根据地质勘察报告中进行选取，土层及结构参数如表1所示。

表1 地层计算参数

3.2 模拟工序

根据新建电力隧道的施工步骤，在模型进行计算时，按照最不利的情况将施工模拟阶段分为4个施工阶段包括生成初始应力场(位移清零)、地铁结构施工(位移清零)、竖井施工阶段、电力隧道施工阶段。

3.3 变形预测

新建电力工程在其修建过程对饶乐府地铁站天桥产生一定程度的附加变形，为了解有效附加变形的情况，将分析各施工阶段下天桥的竖向变形以及横向变形。为了简洁、直观地反映出天桥的变形情况及其变形规律，将对各施工阶段施工完成后天桥结构的变形云图进行分析，建立天桥结构的变形结果和规律。

由计算结果可知，新建工程施工过程中，既有地铁结构的竖直方向的最大变形值为0.29 mm，为沉降变形，变形部位为燕房线饶乐府天桥靠近施工的位置。横向变形最大值为0.16 mm，朝向施工开挖方向，变形部位为天桥桥墩的位置，地铁天桥既有结构竖向和横向最大变形结果见表2所示。

表2 既有地铁结构最大变形结果

4 结 论

根据所建立的三维地层-结构数值模型，对既有天桥结构的变形计算分析可以分析，由于新建电力隧道工程的施工，既有天桥结构在一定程度上发生了竖向变形和横向的变形。将本次模型分析计算所得的变形结果提取并汇总如表4所示。

表4 既有地铁结构最终变形结果汇总

根据施工引起的既有地铁结构预测变形值以及变形云图进行分析可以得出如下结论：根据对风险点的分析，新建电力隧道施工对于既有地铁的结构具有一定的影响，变形值在运营安全允许范围之内。在正常的施工条件下，采取相应的保护措施，能确保地铁附属结构的安全。

为了保证施工过程中的安全，监测控制指标的制定依据相关规范标准、其他类似工程经验和现场监测数据制定，在综合考虑预测变形值与结构容许变形值的基础上，预留一定的安全系数，确定既有地铁受响范围内的地铁结构变形控制指标。

根据以上结论以及工程实际特点，同时依据现有常规测量仪器的监测精度，综合结构安全要求及变形预测结果，确定变形控制值。并将控制值的80%作为报警值，70%作为预警值。对新建电力隧道施工影响下，既有地铁结构的监测控制指标，综上得出控制指标具体如表5所示。

表5 既有地铁结构变形控制指标