四線盾構下穿北引干渠沉降及穩定性數值模擬研究

趙明應

摘 要：本文以廈門地鐵2號線盾構區間下穿北引干渠為工程背景，采用Midas/GTS計算軟件進行三維數值計算分析，模擬了四線平行盾構先后穿越既有水工結構的沉降及穩定性機理。對比理論計算結果及施工階段監測數據，理論計算值與實際監測值較吻合，分析方法可用于分析及預測四線平行盾構穿越時對上部結構的影響，為后續工程人員進行此類工程研究提供必要的參考和借鑒。

關鍵詞：四線平行盾構隧道；下穿干渠；三維數值分析；沉降

中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0120-02

1 工程概況

廈門地鐵2號線二期東孚站～馬鑾北站區間及東孚車輛段出入段線區間四線平行下穿北引干渠，區間均采用盾構法施工，為單洞單線的圓形斷面隧道，平面關系如圖1所示。

東馬區間隧道與北引干渠的結構最小凈距為4.45m，東孚出入段線區間隧道與北引干渠的結構最小凈距為1.87m，具體位置剖面如圖2所示。

北引干渠是廈門市主要的引水管道之一，占廈門供水量的60%，1998年開始建設，2001年完成施工，采用2孔明挖矩形框架結構，單孔凈空尺寸為3.6×3.8m，結構全寬8.25m，全高4.5m，結構厚度為0.35m，采用C20鋼筋混凝土結構，引水干渠內的設計水深為3.22m。

2 數值模擬

2.1 計算模型

本次計算使用Midas/GTS有限元軟件進行數值模擬分析，土體采用實體單元模擬，管片和北引干渠結構采用板單元模擬，模擬計算采用如下假設：（1）地表和各層土均呈均質水平層狀分布；（2）忽略地下水的滲透作用，土體本身變形與時間無關；（3）每個隧道盾構推進的步長為4環管片寬度4.8m；（4）土體為各向同性、連續的彈塑性材料，服從Mohr-Coulomb屈服準則；（5）北引干渠結構與土體采用變形協調計算的方法。

土體相關計算參數如表1，隧道結構及北引干渠結構選用彈性本構模型模擬，計算模型如圖3。

2.2 計算結果及分析

在該計算模型中，根據工程的實際工序進行模擬分析，地鐵區間隧道下穿北引干渠的施工先后順序依次為東馬區間右線隧道施工、東馬區間左線隧道施工、東孚出入段線區間右線隧道施工及東孚出入段線左線隧道施工；針對地鐵區間穿越北引干渠進行三維模擬計算，計算結果如圖4-圖11。

根據盾構依次穿越北引干渠的計算模擬，選取東馬區間右線及左線正上方2點作為沉降基準控制點，控制點1為東馬區間左線上方北引干渠沉降點，控制點2為東馬區間右線上方北引干渠沉降點；可以得出北引干渠的沉降曲線，如圖12。

由以上計算圖可知：①盾構區間近距離穿越北引干渠時，受施工擾動的影響，其結構變形以沉降為主，地表沉降最大值為12.5mm，北引干渠結構沉降最大值為6.2mm，均在控制值范圍以內，滿足要求。②盾構施工時東馬區間右線與東孚出入段線右線對北引干渠的影響范圍存在交叉疊加，而與另外2條區間隧道施工引起的影響交叉區域很小。③北引干渠結構最大沉降點位于東馬區間正線及東孚出入段線右線區間之間。

3 現場實測結果

施工過程中主要對地表位移及北引干渠結構變形進行了監控量測，北引干渠結構變形監測點采用直埋方式設置于結構頂板上；依據實測數據，地表沉降最大值為8.54mm，北引干渠結構沉降最大值為5.02mm，均略小于理論計算值。如圖13所示。

4 結語

（1）采用盾構法穿越北引干渠可以保證其結構的安全。（2）四線盾構平行穿越北引干渠時，線間距較越小，其影響區域交叉重疊的情況越嚴重，應盡量拉大地鐵區間的線間距，減少對上部結構的影響。

參考文獻

[1] 胡軍，楊小平，劉庭金.盾構下穿施工對既有隧道影響的數值模擬分析[J].鐵道建筑，2012（10）：50-54.

[2] 石建澤.某盾構下穿北京地鐵雙線盾構區間結構變形分析及控制研究[D].北京交通大學，2014.