地铁区间近距离下穿明挖结构的影响分析

发表时间:2019/6/17   来源:《防护工程》2019年第5期   作者:张婕
[导读] 严格控制注浆质量,可将盾构长距离下穿明挖结构的变形控制在设计要求范围内,本项目可为类似工程设计提供参考。
中铁第四勘察设计院集团有限公司  湖北  武汉  430000
  摘要:在建地铁区间上方需同步进行P+R地下停车场建设,考虑到经济性、工筹等因素设计采用明挖法+盾构法施工,上部停车场的明挖结构施工完毕后,盾构区间再近距离下穿。本文对明挖施工及盾构下穿全过程进行数值模拟分析,以确定设计方案及保护措施合理性,并与施工实测数据相比较,验证数值分析可靠性。
  关键词:地铁区间;盾构法;下穿;明挖法;数值分析;安全距离
  
  
  1工程概况
  1.1工程背景
  武汉轨道交通八号线工程某区间上方地块需进行物业开发,地块分两期建设,一期位于地铁区间正上方,功能为P+R地下一层停车场,与区间同步建设。二期为地下二层结构,位于右线区间西侧,后期与一期结构连通。地下停车场同步建设范围沿隧道方向长度约104m,宽度38m,平面图如下:
  
  图1.1-1区间与地下一层停车场总平面图
  1.2工程地质与水文地质
  项目所在地貌单元属剥蚀堆积垄岗区(相当于长江冲洪积III级阶地区)。地层由上而下分别是素填土、粉质粘土、粉质粘土夹砾石、碎石混黏性土、强风化泥质粉砂岩,中风化泥质粉砂岩。在勘探深度范围内拟建场地地下水类型主要分上层滞水、碎屑岩裂隙水两种类型。上层滞水初见水位在地面下0.3~3.2m间,静止水位在地面下0.3~2.0m。基岩裂隙水多赋存于中~微风化基岩裂隙中,总体而言砂岩等硬质岩呈脆性,多具张性裂隙而含少量裂隙水。
  1.3设计方案
  下部地铁区间与上部物业开发通常可采用明挖法合建,但此建设范围区间线路为直线上坡,坡率为25.039‰,若均采用明挖法施工,工程开挖量较大,空间利用率不高,且造价较高、经济性较差。同时考虑到区间工筹安排,设计采用明挖+盾构的方案施工(如图1.3-1)。
  明挖停车场结构高度4.8m,左线隧道紧邻主干道,管线密集,故采用悬臂钻孔桩围护形式。基坑以东一侧采用Φ800@1100钻孔灌注桩,桩长13m;另一侧采用Φ800@1100隔离桩,桩长22m,兼作二期地下二层结构围护桩。明挖结构与盾构最小竖向安全距离要求不小于2m,隧道顶距停车场结构底竖向净距约2~4.6m,左线隧道距Φ800钻孔灌注桩水平净距约4.2m,右线隧道距Φ800隔离桩水平净距约5.5m。明挖基坑所在地层为粉质粘土,盾构区间主要穿越粉质粘土夹砾石、碎石混黏性土层。考虑到地层条件较好,盾构下穿时保护措施主要为施工控制,加强洞内同步注浆及二次注浆。
  
  图1.3-2盾构与P+R停车场的横断面关系图
  2控制标准
  据隧道工程自身风险等级、周边环境风险等级及地质条件复杂程度,该区间穿越明挖结构区段监测等级为一级。结合国内工程经验,并参考相关标准要求,确定盾构下穿时控制标准如下:明挖结构沉降≤10mm,隆起≤5mm。
  3数值分析
  3.1计算模型
  采用有限元软件MIDAS/GTS建立三维模型来分析地铁隧道施工对P+R地下一层停车场主体结构变形的影响,分析盾构施工对明挖结构影响程度。围岩采用实体单元模拟,服从修正Mohr-Coulomb屈服准则,围护桩采用梁单元,地下室主体结构采用实体结构单元。盾构隧道管片混凝土等级C50,管片环宽1.5m,6分块,内直径5.5m,外直径6.2m,厚度为0.35m,采用板单元模拟,本构模型为弹性模型,模型如下图:
  
  表3.1-1地层力学参数
   
  整个模拟过程如下:①模型在初始地应力下平衡;②施做基坑支护桩,计算至应力平衡;③基坑开挖,计算至应力平衡;④施作地下室,计算至应力平衡;⑤回填基坑至原地面,计算至平衡;⑥地铁8号线左线掘进;⑦地铁8号线右线掘进。
  3.2计算结果
  
    
  通过计算分析,在盾构隧道施工完毕后,停车场最大沉降5.685mm,最大隆起位移3.470mm。施工中明挖结构满足位移控制要求。盾构隧道施工完毕后,下穿停车场区段范围内的盾构隧道出现上浮,管片最大上浮位移为3.397mm,最大沉降为1.885mm,管片变形满足规范要求,且管片配筋满足受力要求。结果表明,盾构隧道施工对明挖结构影响较小,明挖结构与盾构竖向不小于2m的安全距离是合理的,采用洞内注浆及二次注浆保护措施,以控制明挖结构和盾构隧道间的相互影响是可行的。
  4监测结果
  地下一层停车场主体施做同时,预先在主体结构上布设监测点。盾构施工中通过监测数据反馈,及时调整盾构推进参数。并加强同步注浆与二次注浆,降低盾构施工对地下停车场主体结构影响,截至全区间隧道贯通,明挖结构沉降监测数据显示,主体结构累计最大隆起为1.1mm,沉降2.3mm,盾构隧道长距离下穿对主体结构影响较小。
  5结语
  本文以武汉地铁8号线某区间盾构隧道下穿地下一层停车场为工程背景,通过三维数值分析及施工监测数据对比,得出以下结论:
  1)受计算模型精度,施工步骤模拟过程,地层参数等影响,数值模拟计算变形量大于施工监测结果,但两者数值都在控制标准允许范围内,说明数值模拟计算结果可靠,能在方案阶段指导设计。
  2)因隧道与明挖结构净距受条件限制,针对三级阶段粉质粘土地层,设计提出了不小于2m的安全距离要求,通过数值模拟及施工监测结果可知,设计采用的安全距离合理。
  3)设计未采用预加固地层等措施,通过加强洞内注浆,严格控制注浆质量,可将盾构长距离下穿明挖结构的变形控制在设计要求范围内,本项目可为类似工程设计提供参考。
  参考文献
  [1]李凤岭,张波,曹力桥,黄赫.盾构隧道下穿明挖区间隧道三维数值模拟分析安徽理工大学学报(自然科学版)2018.3
  [2]陶龙光,李希平,唐孟雄.地铁盾构隧道下穿建筑基础诱发地层变形研究地下空间与工程学报2006.8
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