橋臺填土對下臥地鐵盾構隧道影響研究

董必成

摘 要：以深圳月亮灣立交改造工程為背景，通過采用理論分析研究橋臺填土引起的地鐵盾構隧道附加荷載，并采用數值模擬研究橋臺填土引起的盾構隧道附加變形。研究表明，當橋臺填土采用輕質混凝土時，填土引起的地鐵隧道附加荷載與變形均滿足地鐵盾構隧道保護要求。

關鍵詞：橋臺填土 盾構隧道 數值模擬

1.工程概況

月亮灣立交位于深圳市前海片區與南山區的交界處，是海濱大道與月亮灣大道兩條快速路的相交節點，是一座重要的樞紐型全互通立交。月亮灣立交-桂廟路主線跨線橋項目位于地鐵11號線南山站與前海灣站區間范圍段，目前地鐵11號線已開通運營。

根據現有設計方案，月亮灣立交橋頭填土區域在地鐵11號線正上方。地鐵左右隧道之間凈距6.3m，填土區域隧道埋深約22m。南山側最大填土高度約4m，填土長度約80m，填土寬度約45m，填土面中心與地鐵11號線左線隧道凈距約11.5m，與右線隧道凈距約23.5m；前海側填土最大高度約5m，填土長度約145m，填土寬度約45m，填土面中心與地鐵11號線左線隧道凈距約2.5m，與右線隧道凈距約14.5m。

月亮灣立交橋臺填土區場地土層自上而下分別為填土，厚度8m，⑧礫質粘性土，厚度22m及⑨強風化花崗巖，其中隧道位于⑧礫質粘性土中，拱頂距地表22m。

2.地鐵盾構隧道保護措施

為減小填土對下臥地鐵隧道的影響程度，設計采用高壓旋噴樁對填土區進行了加固，其中前海段地基處理樁長7m，南山段地基處理樁長8.5m，并采用輕質混凝土進行橋臺回填，輕質混凝土容重≤6kN/m3。

3.隧道附加荷載理論分析

根據地表填土面積、填土厚度及與隧道位置關系，按照《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）附錄K查表可算得隧道頂部因填土所致附加應力如圖1和圖2所示。

由圖1可知，南山側左線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為3.47kPa，南山側右線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為5.92kPa，均滿足地鐵安保要求，最大值均作用于填土較高一側隧道頂部。

由圖2可知，前海側左線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為7.64kPa，前海側右線隧道頂部因填土所致附加應力最大值為9.42kPa，均滿足地鐵安保要求，最大值均作用于填土較高一側隧道頂部。

4.橋臺填土對隧道變形影響研究

（1）材料模型及計算參數。本次分析對圍護樁體和隧道襯砌采用板單元模擬，選取線彈性模型，結構與土界面采用Goodman單元，模型范圍內土層采用小應變硬化土模型（HSS）進行模擬。

（2）結構計算參數。本工程中地鐵盾構隧道襯砌混凝土強度等級C50，彈性模量E=34.5GPa，采用板單元模擬。根據相關研究成果，考慮隧道襯砌環向剛度折減率0.7，縱向剛度折減率為0.17。隧道施工的模擬采用襯砌收斂法，收斂率為0.4%。

（3）數值模型。為消除邊界約束對隧道變形的影響，模型邊界沿隧道縱向取至填土外50m，寬度取至隧道外50m，整個模型尺寸為250m（長）×150m（寬）。根據原有地鐵11號線詳勘資料，場地下臥基巖均為風化花崗巖，假定中風化花崗巖不可壓縮，模型底面取至中風化花崗巖頂面，模型高度39m。前海側模型高度32m。對填土平面范圍下方8m厚度的土層進行加固模擬，加固后的土體強度根據復合地基理論進行加權計算。

（4）模擬過程。數值模擬中詳細考慮了現場施工的過程，數值模擬步驟如下：初始應力生成→隧道襯砌激活→隧道開挖，計算完成后位移清零→地層加固→施加填土荷載。

圖3為南山側填土完成時隧道的豎向云圖，從圖3中可看出，填土完成后，地鐵11號線隧道最大豎向沉降為0.8mm，滿足《深圳市地鐵集團有限公司地鐵運營安全保護區和建設規劃控制區工程管理辦法》中對于地鐵隧道的變形控制標準。

圖4為前海側填土完成時隧道的豎向云圖，從圖4中可看出，填土完成后，地鐵11號線隧道最大豎向變形為1.5mm，滿足《深圳市地鐵集團有限公司地鐵運營安全保護區和建設規劃控制區工程管理辦法》中對于地鐵隧道變形控制的要求。

5.結束語

綜上所述，得出以下結論：

（1）橋臺填土采用容重≤6kN/ m3的輕質混凝土時，南山側隧道頂部最大附加應力為5.92kPa，前海側隧道頂部最大附加應力為9.42kPa，滿足《深圳市地鐵集團有限公司地鐵運營安全保護區和建設規劃控制區工程管理辦法》中對于地鐵隧道外側附加荷載的要求。

（2）地層加固條件下，橋臺填土采用容重≤6kN/m3的輕質混凝土時，地鐵盾構隧道最大沉降為1.5mm，滿足《深圳市地鐵集團有限公司地鐵運營安全保護區和建設規劃控制區工程管理辦法》中對于地鐵隧道變形控制的要求。

參考文獻：

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