沈阳地铁区间临近既有构筑物安全性分析

【摘 要】文章针对已完成地铁车站风道工程，在区间盾构侧穿既有地铁车站风道结构时，运用MIDAS GTS NX有限元分析软件建立有限元模型，利用数值分析的方法，综合考虑地层条件、空间效应、开挖方法等影响因素，模拟分析区间盾构开挖力学行为，分析新建建（构）筑物对周边既有结构的影响，指导区间结构设计。在进行区间设计时与周边环境结合，达到有效控制既有车站风道结构变形目的。

【关键词】地铁; 区间盾构; 侧穿既有结构

【中图分类号】U452.2+6【文献标志码】A

在城市建设中，为了尽量减少对既有建（构）筑物的影响，需就现有的工程情况，对既有建（构）筑物进行安全性分析，确保在施工过程中建（构）筑物的安全及施工工程本身的安全。本文就沈阳四号线长白岛站—长白南站区间侧穿长白岛站1号风道为例，从既有结构的变形情况、内力变化情况进行分析，对既有结构受影响的程度、受影响的范围进行分析，提出安全保护措施建议，为工程安全建设提供指导。

1 工程概述

（1）长白岛站—长白南站区间采用盾构法施工，区间侧穿四号线长白岛站1号风道（图1）。

本场区范围土层主要是粉质黏土、中粗砂、砾砂，地下水类型为潜水，含水层主要为砂土及砾砂层，主要接受大气降水和地下径流补给，以侧向径流为主要排泄方式。2015年及2016年年初现场作业期间，在建长白南站站正进行基坑施工及管井降水，本区间的地下水位受此影响较大。根据区域地质资料，拟建场地近3～5年最高地下水位距地面约为6～8 m（表1）。

（2）既有建筑物：四号线长白南站1号风道既有结构设计概况。

四号线长白南站1号风道为地下二层三跨结构（局部两跨），风道宽度约14.2 m，长度约39.7 m。风道与四号线长白南站小里程端相连，四号线长白南站为地下三层站。1号风道采用C40混凝土，顶板厚度500 mm，中板厚度400 mm，底板厚度800 mm，侧墙厚度500 mm，顶梁尺寸700 mm×900 mm，中梁尺寸700 mm×700 mm，底梁尺寸800 mm×1 000 mm，柱尺寸600 mm×600 mm。

（3）拟建长白岛站—长白南站区间结构设计。

长白岛站至长白南站区间采用盾构法施工。地铁盾构隧道均采用C50混凝土，隧道外径6 m，内径5.4 m，隧道衬砌厚300 mm，主受力钢筋采用主受力钢筋采用HRB400钢筋。

（4）长白岛站—长白南站区间结构与风道结构位置关系。

长白岛站—长白南站区间侧穿四号线长白岛站1号风道，区间与风道水平距离约2.85 m，竖向距离约2.37 m（图2）。

2 有限元分析计算

建立模形见图3。

（1）采用弹塑性计算模型。

（2）岩土体的变形是各向同性的。

（3）初始地应力的计算只考虑初始自重应力，未考虑构造应力。

（4）开挖后土体应力瞬间释放。

区间采用盾构法施工，先施工区间左线，后施工区间右线。盾构机由长白南站始发，施工区间左线，到达长白岛站后掉头，施工区间右线，返回长白南站（图4）。

3 计算结果及分析

3.1 既有1号风道变形

左线施工完成后风道最大沉降量为0.86 mm，右线施工完成后风道最大沉降量为0.89 mm，风道沉降主要发生在左线施工期间，右线施工对风道影响较小。最大沉降量小于10 mm满足沉降变形要求（图5）。

左线施工完成后风道最大水平变形量为0.36 mm，右线施工完成后风道最大水平变形量为0.41 mm，风道水平变形量均较小。最大水平变形量小于5 mm满足水平变形要求（图6）。

取风道底板靠近新建隧道侧三点作为沉降分析点，各个分析点编号如图7所示。

左線盾构由长白南站始发，依次对点1，点2，点3，产生影响。沉降发展主要发生在左线施工期间（S3～S54），右线盾构施工由长白岛站始发，右线施工期间（S55～S106）风道产生沉降较小。风道角点，即点3，最终沉降量最大（图8）。

3.2 既有结构内力

风道弯矩及风道结构内力对比见图9、表2。

4 结论

（1）风道最大沉降量为0.89 mm，小于10 mm满足沉降变形要求。风道最大水平变形量为0.41 mm，小于5 mm满足水平变形要求。

（2）风道沉降变形发展主要发生在左线施工期间，右线施工对其影响较小。

（3）区间施工对风道顶板内力影响较小，对风道底板及侧墙影响较大，内力增加最大达到30%。进行配筋验算，现有配筋满足要求。

（4）盾构区间控制好推力、推进速率、盾构姿态及壁后注浆。盾构破桩过程中根据监测反馈及时调整刀盘转速、扭矩、千斤顶顶力。加强监控量测，在施工时进行实时监控，根据监测数据及时调整盾构掘进参数。

参考文献

[1]张大鹏.盾构隧道施工对邻近立交桥桩基位移及应力影响分析[J].路基工程，2020（12）.

[2]郭成详.砂卵石地层地铁隧道下穿既有隧道影响分区与控制研究[J].路基工程，2020 （12）.

[3]孙钧，等.地下结构设计理论与方法及工程实践[M]. 上海：同济大学出版社，2016.

[4]吴煊鹏，等.中国盾构工程科技新进展[M]. 北京：人民交通出版设，2019.

[5]曾亚武.地下结构设计模型[M]. 武汉：武汉大学出版社，2013.

[定稿日期]2021-02-03

[作者简介]钱丽华（1977～），女，硕士，高级工程师，研究方向为地下结构。