城市新建过街通道上穿地铁区间隧道安全性分析

　　摘要：新建地铁车站出入口超浅埋暗挖过街通道上穿已建成营运中地铁1号线区间隧道，两者结构净距只有715mm，为确保施工安全、地铁区间结构安全及正常运营，文章通过计算分析通道施工对既有区间隧道的影响，为科学决策提供可靠的依据。
　　关键词：超浅埋通道，地铁区间，既有隧道，近邻施工
　　1、引言
　　近年来，城市轨道交通建设如火如荼，出现大量在既有地下结构周围修建新的地铁、铁路隧道及其它一些市政工程现象，且越来越多，距离越来越近。这势必造成新建结构对既有结构复杂的影响关系，对既有结构受力和变形不利。在新建结构的施工过程中会改变既有结构的受力状态及受约束边界条件，若是施工不当造成既有结构承载力下降，变形过大直至开裂必然会影响既有结构正常运营。为此必须对既有结构在新建结构施工过程中进行安全性评估。
　　2、工程概况
　　某新建地铁浅埋暗挖出入口通道上穿既有地铁线左、右线主体隧道，两者结构尽距为715mm，且既有线主体隧道施工横通道与主体隧道交点位于出入口通道与主体隧道重叠位置处。其中既有地铁线主体隧道二次衬砌为素砼结构，受力全部由初期支护承担。具体相互关系如(图1、2)所示。
　　
　　图1新建出入口通与既有地铁左右线隧道平面位置关系图

　　图2新建出入口通与既有地铁左右线隧道剖面位置关系图
　　
　　3、工程地质
　　由地面至既有地铁隧道底部主要地层为：人工填土层<1>；淤泥、淤泥质土层<2-1>;粉细砂层<3-1>；中粗砂层<3-2>；冲积~洪积粘性土层<4-1>；可塑状残积粉质粘土层<5-1>；硬塑或密实状残积粉质粘土层<5-2>；岩石全风化带<6>；岩石强风化带<7>；岩石中风化带<8>；岩石微风化带<9>。各地层主要物理力学指标见(表1)。
　　表1土层主要物理力学指标表

　　4、计算分析
　　4.1计算模型的建立
　　新建出入口通道与既有地铁隧道平面近似正交，剖面上紧贴。出入口通道处于城市主干道之下，埋深浅，平均只有4.7m，属于超浅埋隧道。新建出入口通道隧道施工本身的安全及其施工对既有隧道安全性影响为本工程重点。鉴于既有地铁隧道建设年代久远，其隧道结构本身的特殊性，对出入口通道施工既有隧道结构的影响分析评价至关重要。
　　出入口通道隧道在既有隧道施工时是对既有隧道拱顶卸载的过程，改变了既有隧道受力工况，结构内力发生重分布，隧道结构局部有上拱的趋势。为了定量得出新建出入口对既有隧道影响，本文以既有隧道结构为研究对象，采用有限元软件模拟通道施工的卸载工况，进行三维有限元分析计算。
　　由于既有隧道结构二次衬砌为素砼结构，故本文计算不考虑其承载作用，仅以初期支护结构为受力对象。本文采用Ansys软件用壳单元长桶形结构模拟既有隧道结构受力工况。
　　4.2计算结果分析如(图3-9)
　　
　　图3既有线隧道横向弯矩图（一）图4既有线隧道横向弯矩图（二）
　　
　　图5既有线隧道纵向弯矩图（一）图6既有线隧道纵向弯矩图（二）
　　
　　图7既有线隧道变形图（一）图8既有线隧道变形图（二）
　　
　　图9隧道沉降示意图
　　根据圣维南原理，既有隧道距离新建出入口通道较远部分受力为实际受力工况，不受出入口通道施工的影响，那么两端与中部内力及变形的差异即为出入口通道施工引起既有隧道结构内力及变形的变化，从以上纵、横向弯矩图可以看出，隧道中部弯矩相比两边较小，是由于拱顶卸载左右所导致，只是内力分布发生了变化，从具体结果看出，实际内力变小，既有隧道结构构件受力是安全的；同时由于通道施工卸载作用，导致结构变形减小，即隧道沉降示意图中，隧道有上拱的趋势，根据图中沉降差值小于5mm，亦可以认为既有隧道结构处于安全状态，不影响其正常运营。
　　
　　5、 结论
　　本文采用有限元软件模拟实际施工工况，通过定量的分析结果可以看出，新建出入口通道隧道在既有隧道上方正常施工，对既有隧道结构影响较小，仍处于安全状态。目前该工程已施工完毕，现场情况及各项监测结果与计算分析结果基本吻合。
　　由此可见，三维有限元模拟比较真实地反映出施工过程中内力重分布的变化情况，计算结果证明上跨既有隧道的新建出入口通道施工是可行的，为将来类似工程提供了借鉴。
　　
　　参考文献
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