沈陽地鐵區間臨近既有構筑物安全性分析

【摘 要】文章針對已完成地鐵車站風道工程，在區間盾構側穿既有地鐵車站風道結構時，運用MIDAS GTS NX有限元分析軟件建立有限元模型，利用數值分析的方法，綜合考慮地層條件、空間效應、開挖方法等影響因素，模擬分析區間盾構開挖力學行為，分析新建建（構）筑物對周邊既有結構的影響，指導區間結構設計。在進行區間設計時與周邊環境結合，達到有效控制既有車站風道結構變形目的。

【關鍵詞】地鐵; 區間盾構; 側穿既有結構

【中圖分類號】U452.2+6【文獻標志碼】A

在城市建設中，為了盡量減少對既有建（構）筑物的影響，需就現有的工程情況，對既有建（構）筑物進行安全性分析，確保在施工過程中建（構）筑物的安全及施工工程本身的安全。本文就沈陽四號線長白島站—長白南站區間側穿長白島站1號風道為例，從既有結構的變形情況、內力變化情況進行分析，對既有結構受影響的程度、受影響的范圍進行分析，提出安全保護措施建議，為工程安全建設提供指導。

1 工程概述

（1）長白島站—長白南站區間采用盾構法施工，區間側穿四號線長白島站1號風道（圖1）。

本場區范圍土層主要是粉質黏土、中粗砂、礫砂，地下水類型為潛水，含水層主要為砂土及礫砂層，主要接受大氣降水和地下徑流補給，以側向徑流為主要排泄方式。2015年及2016年年初現場作業期間，在建長白南站站正進行基坑施工及管井降水，本區間的地下水位受此影響較大。根據區域地質資料，擬建場地近3～5年最高地下水位距地面約為6～8 m（表1）。

（2）既有建筑物：四號線長白南站1號風道既有結構設計概況。

四號線長白南站1號風道為地下二層三跨結構（局部兩跨），風道寬度約14.2 m，長度約39.7 m。風道與四號線長白南站小里程端相連，四號線長白南站為地下三層站。1號風道采用C40混凝土，頂板厚度500 mm，中板厚度400 mm，底板厚度800 mm，側墻厚度500 mm，頂梁尺寸700 mm×900 mm，中梁尺寸700 mm×700 mm，底梁尺寸800 mm×1 000 mm，柱尺寸600 mm×600 mm。

（3）擬建長白島站—長白南站區間結構設計。

長白島站至長白南站區間采用盾構法施工。地鐵盾構隧道均采用C50混凝土，隧道外徑6 m，內徑5.4 m，隧道襯砌厚300 mm，主受力鋼筋采用主受力鋼筋采用HRB400鋼筋。

（4）長白島站—長白南站區間結構與風道結構位置關系。

長白島站—長白南站區間側穿四號線長白島站1號風道，區間與風道水平距離約2.85 m，豎向距離約2.37 m（圖2）。

2 有限元分析計算

建立模形見圖3。

（1）采用彈塑性計算模型。

（2）巖土體的變形是各向同性的。

（3）初始地應力的計算只考慮初始自重應力，未考慮構造應力。

（4）開挖后土體應力瞬間釋放。

區間采用盾構法施工，先施工區間左線，后施工區間右線。盾構機由長白南站始發，施工區間左線，到達長白島站后掉頭，施工區間右線，返回長白南站（圖4）。

3 計算結果及分析

3.1 既有1號風道變形

左線施工完成后風道最大沉降量為0.86 mm，右線施工完成后風道最大沉降量為0.89 mm，風道沉降主要發生在左線施工期間，右線施工對風道影響較小。最大沉降量小于10 mm滿足沉降變形要求（圖5）。

左線施工完成后風道最大水平變形量為0.36 mm，右線施工完成后風道最大水平變形量為0.41 mm，風道水平變形量均較小。最大水平變形量小于5 mm滿足水平變形要求（圖6）。

取風道底板靠近新建隧道側三點作為沉降分析點，各個分析點編號如圖7所示。

左線盾構由長白南站始發，依次對點1，點2，點3，產生影響。沉降發展主要發生在左線施工期間（S3～S54），右線盾構施工由長白島站始發，右線施工期間（S55～S106）風道產生沉降較小。風道角點，即點3，最終沉降量最大（圖8）。

3.2 既有結構內力

風道彎矩及風道結構內力對比見圖9、表2。

4 結論

（1）風道最大沉降量為0.89 mm，小于10 mm滿足沉降變形要求。風道最大水平變形量為0.41 mm，小于5 mm滿足水平變形要求。

（2）風道沉降變形發展主要發生在左線施工期間，右線施工對其影響較小。

（3）區間施工對風道頂板內力影響較小，對風道底板及側墻影響較大，內力增加最大達到30%。進行配筋驗算，現有配筋滿足要求。

（4）盾構區間控制好推力、推進速率、盾構姿態及壁后注漿。盾構破樁過程中根據監測反饋及時調整刀盤轉速、扭矩、千斤頂頂力。加強監控量測，在施工時進行實時監控，根據監測數據及時調整盾構掘進參數。

參考文獻

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[5]曾亞武.地下結構設計模型[M]. 武漢：武漢大學出版社，2013.

[定稿日期]2021-02-03

[作者簡介]錢麗華（1977～），女，碩士，高級工程師，研究方向為地下結構。