近距離下穿地下共同交叉管溝節點關鍵技術分析

文/劉智勇 柴艷飛 李榮昌 智鵬 方文 李鵬

近距離下穿地下共同交叉管溝節點關鍵技術分析

文/劉智勇 柴艷飛 李榮昌 智鵬 方文 李鵬

盾構區間下穿地下管溝，尤其是多個管線溝相交叉的節點部位是施工變形控制的技術難題。文章通過有限元計算盾構下穿高壓電力艙和管線共同溝四通節點不同工況的變形。

交叉管溝；節點；有限元；豎向位移；盾構施工

軌道交通工程在市區建設速度逐年加快，由于市政管網規劃與軌道交通不同步進行以及軌道交通線路規劃的需要，盾構區間隧道會大量下穿和側穿建構筑物，盾構下穿或側穿管線在實際工程遇到的較多，工程案例也很多，但是地下管線之間縱橫交錯，有共同節點的情況并不多見，實際受力情況會更復雜。目前盾構下穿管線共同溝交叉節點幾乎沒有參考的工程實例，需要迫切進行研究。

1　工程概況

某地鐵區間線路向東沿既有市政道路地下敷設，隧道行進路段周邊現狀為綠化帶和少量農宅，區間線路下穿主要建（構）筑物為管線共同溝四通節點和高壓電力艙以及市政道路路過街地下通道。區間線路出始發站后，沿市政道路地下敷設，向東行進，進入接收車站。盾構區間隧道采用雙洞雙線圓形斷面，凈空直徑為5 500 mm，外徑為6 200 mm，區間隧道采用盾構法施工。

2　地質概況

區間隧道從上至下依次為雜填土、中砂、粉質粘土、殘積砂質粘性土，土層特性見表1。

表1　隧道區間物理力學性能

地下水主要為賦存于第四系土層中的松散巖類孔隙水，包括人工填土中上層滯水及孔隙潛水，賦存于殘積層及全、散體狀強風化帶中的風化殘積孔隙裂隙水和賦存于碎裂狀強風化～中、微風化帶的基巖裂隙水。

3　有限元分析計算結果

3.1管線共同溝與盾構隧道空間位置關系

高壓電力艙與隧道結構外緣結構線最近距離為1.6 m，管線溝四通節點距離與隧道結構外緣線最近距離為5.4 m，根據軌道交通風險源管理辦法，屬于二級風險源。

高壓電力艙和管線溝四通節點應根據產權單位要求確認控制，若沒有，按沉降10 mm，變化速率3 mm/d，傾斜率控制值0.005考慮。

3.2豎向位移計算

3.2.1共同管溝交叉節點豎向位移

采用邁達斯GTS進行有限元建模計算，采用莫爾-庫倫定律為理論基礎進行分析，共同管線溝結構為鋼筋混凝土結構，按照半剛性體處理，共同管線溝結構為PE材料結構，按照柔性體處理，處理后風險等級由Ⅱ級降為Ⅲ級，見圖1和圖2。

圖1　左線開挖共同管溝交叉節點最大豎向位移

圖2　右線開挖共同管溝交叉節點最大豎向位移

經有限元分析計算雙線開挖完成后，管線溝最大沉降為1.4 mm，高壓電力艙最大沉降為1.3 mm，市政艙與管線溝四通節點最大沉降為1.4 mm，滿足控制值要求，四通節點管線處的變形與單個管線一致。

當采用另一種工況計算時，即市政艙與管線共同溝四通節點為柔性節點，管溝材料均采用PE管材料，管線溝最大沉降為1.7 mm，高壓電力艙最大沉降為1.6 mm，市政艙與管線溝四通節點最大沉降為2.4 mm。管線溝由半剛性材料變為柔性材料后豎向位移增大了21%，高壓電力艙由半剛性材料變為柔性材料后豎向位移增大了23%，市政艙與管線溝四通節點位移由半剛性材料變為柔性材料后豎向位移增大了71%。說明材料的剛度和剛性模量對共同管溝節點抵抗變形至關重要，同時也說明共同管溝節點處位移變形有疊加效應，屬于變形最危險點。

3　結論

1）組成管線共同溝單個管線溝槽材料的剛度和彈性模量大小與共同管溝節點抵抗豎向變形能力呈正相關趨勢，在區間隧道擾動不明顯的情況下，尤為明顯。

2）組成共同管溝節點處位移變形有疊加效應，即豎向位移與管線共同溝節點處管線的數量呈正相關。

3）采用有限元進行數值仿真計算，可以明確管線變形的趨勢和變形規律對實際工程有重要的指導意義。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.05.019

□柴艷飛、李榮昌、智鵬、方文、李鵬/中建六局軌道交通公司。

□U455.43

□C

□1008-3197（2016）05-56-02

□2016-08-08

□劉智勇/男，1982年出生，工程師，中建六局軌道交通公司，從事軌道交通施工技術管理工作。