盾构隧道区间风井内管片局部拆除方案及管片稳定性研究

2021-09-10张丽平

科学与生活 2021年7期

关键词：拆除管片稳定

张丽平

摘要：文章主要盾构隧道区间中间风井内管片局部拆除方案及拆除后隧道的问题性进行研究，通过SAP84软件对隧道结构进行受力计算，初步得出受力结果，并根据受力结果调整配筋及提出其他相应措施，确保隧道结构安全可靠。

关键词：隧道、管片、拆除、稳定

1 概述

某地铁盾构隧道区间因设计需要，须设置一个车站脱离风井，而此风井在正线区间内，须在已盾构好的隧道内进行管片局部拆除。

对风井内上部管片进行局部切割拆除，形成可供通风的风口，然后将管片四周和风井内侧墙和中隔墙通过梁板进行密闭连接，保证下部土体和地下水无法涌入板上部空间和隧道内部，以起到减小风井内土体开挖、管片拆除和施工后浇环梁的风险。

该方案需保证管片和增加梁板连接的可靠性，同时需防止盾构隧道沉降、上浮和左右移动的变形造成管片结构的失稳破坏，保证管片的整体性。根据以上要求，初步设计方案如下：

（1）挖除风井内土体前进行盾构隧道内部支撑;

（2）挖除上部土体，切割管片;

（3）进行增加梁板的施工;

（4）风井内部和管片内部增设注浆孔注浆。

2 方案详述

2.1 管片拆除前施工准备

管片拆除前施工单位需采取针对性措施，保证风井内部水位稳定在开挖面以下。如通过管片内部注浆孔和增设注浆孔对渗水空隙进行封堵，增加风道内部抽排水等。同时对风井内部管片采取临时支撑措施。具体如下图所示：

2.2 管片拆除后增加板梁方案

内部支撑和内衬施工好以后进行风井内土体挖除和管片切割，同时对洞门进行不间断封堵和风井内抽水，该项工作应合理安排工序，细化施工方案，尽量压缩工期，减少施工风险。

选取中间三环整环管片进行局部切割拆除，然后进行增加板梁和外凸环梁施工。增加板梁与风井侧墙和中间隔墙的连接需可靠，凿毛风井内侧墙，在侧墙植筋与增加水平板连接，凿透中隔墙，使增加水平板与两隧道中间腔体内增加的水平板形成一个整体;增加水平板与既有管片可靠连接，在混凝土管片內植筋。风井端墙处弧形混凝土管片采用外凸环梁的形式与风井端墙连接，将外凸的所有管片全部包住，在端墙和混凝土管片内植筋，外凸环梁的环向钢筋锚入增加的水平板，外凸环梁与水平板一次性浇筑。如图2所示。

3 管片与板连接结点处受力分析

3.1 计算模型

选取风井内管片开孔后在运营期的工况为计算断面。

根据隧道所在地层主要计算参数取值如下：

（1）地下水位深度（m）：历年最高潜水位标高2.63m（水土分算）。

（2）土层重度γ（kN/m3）：19

管片计算比较成熟的计算方法为η-ζ法（即惯用法）：首先将单环以匀质圆环计算，但考虑环向接头存在，圆环整体的弯曲刚度降低，取圆环抗弯刚度为ηEI（η为<1的弯曲刚度有效率，本次计算η取0.8计算），算出圆环水平直径处变位y后，计入两侧抗力PP=k·y。然后考虑错缝拼装后整体补强效果，进行弯矩的重分配。由于本计算需考虑对管片开孔，无法使用惯用法进行计算分析。

本计算采用SAP84软件对管片进行有限元分析，将管片视为均质圆弧，采用全周径向只能受压弹簧和切向的拉压弹簧对地层进行约束，不考虑管片接头的影响，对管片刚度进行折减，乘以0.8折减系数。

采用sap模型对管片受力进行平面分析，取宽度1m单元进行计算，考虑到管片开孔处约束介于简支和固支之间，对开孔处约束分别按简支和固支进行计算，按照保守计算，端部支座轴力和剪力值取两个计算结果的包络值。结算结果没有计算荷载分项系数。计算模型如图3所示。

3.2 计算结果

通过SAP84软件对管片进行有限元分析，管片开头端部的剪力图、轴力图和弯矩图如下所示：

通过计算得到管片开头端部的剪力、轴力和弯矩最大值分别为：164.8kN、960.4 kN、148.6 kN.m。

3.3 最不利情况受力分析

对此三个受力指标分别考虑最不利情况进行受力分析。

（1）剪力

根据“与管片连接节点构造图”，此处剪力作用面可简化为宽度1m，高度550mm的板结构受力进行计算，根据砼规6.3.3-1条，在不考虑箍筋和弯起钢筋的条件下，V=0.7×1.57×1000×300=329.7 kN>164.8×1.1=181.3 kN，可满足要求。

另外考虑该处管片的径向和环向均进行植筋连接，该节点处抗剪完全可满足要求。

（2）轴力

该处轴力作用于后施工板上，采取最为保守情况，考虑该轴力均匀施加于一根350宽、750高的梁上（连接点沿管片中线至板边的距离约为780mm），如考虑该梁为两端固支，跨度2.8m梁，则梁端部的最大弯矩为627.5 kN.m。通过计算知：