盾构接收对地铁车站接收端的影响研究

2022-03-08韦晓霞张英智赵永军阮雷

工程建设与设计 2022年1期

韦晓霞，张英智，赵永军，阮雷

(中建丝路建设投资有限公司，西安 710075)

1 引言

盾构法施工具备施工速度快、周边环境影响小、施工安全等特点，已成为城市地铁隧道建设的重要施工方法。尽管盾构法施工有诸多优点，但实践过程中盾构接收易发生事故[1]，是盾构施工面临的主要风险之一。因此，盾构接收端采取何种结构形式以实现快捷安全接收，成为诸多学者研究的方向。吕波等[2]通过加密接收井围护桩+水平环梁+玻璃纤维筋等组合方式实现无内衬条件下盾构接收；冯启[3]依托南水北调隧道工程盾构法施工，总结了竖井采用内衬墙+钻孔灌注桩的盾构接收工艺。通过现有文献可以看到，对接收端结构未完成条件下相关研究较少。本文以西安地铁14 号线盾构接收施工为依托，采用数值计算分析研究了盾构接收对接收端结构未完成条件下影响规律，以期为类似工程提供一定参考。

2 工程概况

西安地铁14 号线某区间为2 条单洞单线圆形盾构隧道，区间长度1 043 m，其中设联络通道兼雨水泵房1 处，线路埋深10.3～21.09 m，平面一般线间距14～17 m，区间最大坡度25‰，最小曲线半径3 000 m，隧道采用预制混凝土管片拼装而成，隧道内净空5.4 m，外径6 m。

该盾构区间由A 车站始发、B 车站接收，接收端B 车站标准段采用单柱、双跨的地下2 层现浇框架结构。由于前期受征拆影响，盾构施工临近接收时，B 车站接收端端头区域（第一段至第四段）4 个流水段仅完成土方开挖。为保证盾构机尽快顺利出洞，消除安全隐患，分别讨论在完成接收端端头加固条件下，仅完成第一段底板结构、底板及中板完成后盾构接收的可行性。

3 工程地质情况

盾构接收端地形较平坦，各层地基土按层序从上而下为：素填土、黄土状土、中砂、圆砾、卵石、粉质黏土、中砂。车站主要穿行于黄土状土、卵石层、粉质黏土。端头位置水位高度相对于隧道底部以上1 m 左右。

4 数值模型建立

4.1 数值模型

计算采用ANSYS 软件，计算模型中包括地层、管片、注浆层、接收端结构、围护结构等均采用Solid45 单元。土体采用弹塑性本构模型，管片等均视为弹性材料。模型尺寸为：纵向长度90 m，高度60 m，模型宽度80 m，计算模型如图1 所示。模型前后边界施加Z 方向约束，左右边界施加水平约束，模型底部施加竖向位移约束。

图1 盾构隧道接收整体计算模型

4.2 物理力学参数

根据地勘资料，地层及管片、主体结构等物理力学参数如表1 所示。

表1 数值模拟计算参数

4.3 盾构接收施工模拟

本次计算考虑到隧道埋深不大、围岩松散、构造应力小，故将自重应力作为初始应力场，并采用“生死单元”进行盾构隧道开挖、管片拼装及注浆的模拟。计算根据盾构接收端主体结构板施作时机的不同分为3 个工况，分别为：（1）接收端底板结构施工完成后左右线盾构分别出洞；（2）接收端底板及中板完成后左右线盾构分别出洞；（3）接收端底板、中板及顶板均施工完成后盾构出洞。

5 计算结果分析

为探究不同工况条件下盾构接收对地层及接收端结构的影响，本文分别对比分析3 种工况的地表沉降、端墙及侧墙位移变形。

5.1 地表沉降分析

图2 为3 种工况条件下盾构接收后地表沉降位移云图。通过图2a 及图2c 对比可以看到，尽管接收端底板完成后盾构出洞的沉降范围与正常工况（端头结构全部完成）相似，但正常工况条件下最大地表沉降仅为7.84 mm，而工况一条件下沉降达到了12.09 mm，最大沉降量显著增大。相比较图2b 及图2c，中板完成后盾构出洞的地表沉降范围形态与正常工况基本一致，且最大沉降量仅增大了1.09 mm。表明中板接收完成后盾构接收方式对地层扰动影响相对较小。

图2 地表沉降位移云图

5.2 接收端主体结构变形分析

从地表沉降数据来看，工况一条件下地表沉降增量过大，相比之下中板施作完成盾构出洞（工况二）对地表沉降影响更小。因此，进一步分析工况二条件下盾构出洞对混凝土结构变形影响。通过对比工况二及工况三条件下结构中板位移如图3a 及图3b，工况二条件下中板最大沉降值为6 mm，最大水平位移为2.9 mm，与正常情况下盾构出洞时中板位移基本一致。而结构柱水平位移及竖向位移也相差不大，文章中不再赘述。