基坑開(kāi)挖影響區(qū)內(nèi)既有隧道結(jié)構(gòu)安全評(píng)估實(shí)用計(jì)算方法

1、（1中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 天津 300251；2天津?yàn)I海新區(qū)軌道交通投資發(fā)展有限公司 天津 300467）摘要：隨著地下空間的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，基坑鄰近既有地下工程施工越來(lái)越多。地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)基坑開(kāi)完對(duì)既有地鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形、防水等均會(huì)造成較大影響，為保證地鐵的正常使用和運(yùn)營(yíng)，需要進(jìn)行安全性影響評(píng)價(jià)。本文以某軟土地區(qū)基坑工程緊鄰既有地下隧道施工隨著我國(guó)城市建設(shè)進(jìn)程的加速、地下空間的開(kāi)發(fā)利用，基坑臨近地下隧道沿線施工越來(lái)越多。針對(duì)這一問(wèn)題，許多學(xué)者做了相關(guān)研究。鄒偉彪1基于有限元模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，分析了基坑開(kāi)挖對(duì)臨近運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的影響規(guī)律；程斌2以上海地鐵2號(hào)線基坑工程實(shí)際為背景，分析和總結(jié)了

2、現(xiàn)有的一些有效治理措施和解決方案；馮龍飛3通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，探討了支護(hù)設(shè)計(jì)、施工方案對(duì)地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響；沈雯4結(jié)合上海某基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)來(lái)了區(qū)間隧道隨基坑開(kāi)挖變形規(guī)律，并對(duì)產(chǎn)生原因進(jìn)行分析；戚科駿5分析了基坑底部的加固深度和開(kāi)挖過(guò)程中的時(shí)間因素對(duì)隧道最終變形的影響；王衛(wèi)東6基于上海地區(qū)大量的工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)分析推導(dǎo)得到基坑開(kāi)挖引起鄰近既有建筑附加變形的計(jì)算方法。上述文獻(xiàn)研究了臨近基坑開(kāi)挖對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律及相應(yīng)加固措施，但對(duì)既有地下結(jié)構(gòu)影響后的安全性能研究較少，本文結(jié)合某基坑工程實(shí)例，提出了影響后隧道結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估方法，對(duì)類似工程具有一定的參考價(jià)值。某軟土地區(qū)基坑工程臨近某高鐵盾

3、構(gòu)隧道，該高鐵盾構(gòu)隧道內(nèi)徑采用直徑的盾構(gòu)掘進(jìn)，盾構(gòu)管片內(nèi)徑10.6m，外徑，管片厚度50cm，預(yù)制管片采用C50鋼筋混凝土，環(huán)寬1.8m，管片采用“6+2+1”模式，即一塊封頂塊，兩塊鄰近塊，6塊標(biāo)準(zhǔn)塊，管片采用直螺栓基坑開(kāi)挖面積21535m2，整體開(kāi)挖深度9.1m?；臃譃锳、B兩個(gè)施工分區(qū)，A區(qū)基坑距離隧道較遠(yuǎn)，先期施做，B區(qū)基坑臨近高鐵隧道，A區(qū)主體完成后施做?；硬捎勉@孔灌注樁+止水帷幕+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)形式，鉆孔樁灌注樁8001000，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25?；覤區(qū)北面?zhèn)缺谂c某高鐵盾構(gòu)隧道近似平行，對(duì)應(yīng)隧道設(shè)計(jì)里程為DK1+812.0DK2+021.9。基坑內(nèi)邊界距高鐵隧道結(jié)構(gòu)外緣平面距離

4、約為13.93m20.07m，二者相對(duì)位置平面關(guān)系如圖 2.2所示。由于基坑位于高鐵隧道安全保護(hù)區(qū)內(nèi)，采用以下措施以減少基坑開(kāi)挖對(duì)隧道的采用全站儀進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量，對(duì)隧道的收斂變形及結(jié)構(gòu)的水平、垂直位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每個(gè)斷面設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)布設(shè)斷面22個(gè)。（2）隧道道床水平及垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)每一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面分別在左、右線的道床上各布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，與隧道結(jié)構(gòu)收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于同一里程，同一斷面上，共計(jì)布設(shè)斷面22個(gè)。監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置如圖3.1所示。對(duì)管片結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算，從強(qiáng)度角度，判定盾構(gòu)管片是否能夠承受當(dāng)前所受的內(nèi)力。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算和力學(xué)計(jì)算的相關(guān)理論，隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力應(yīng)由以下三部分構(gòu)成

5、：（1）水土壓力作用下管片計(jì)算內(nèi)力隧道軸線中心點(diǎn)水平累計(jì)位移曲線分布如圖4.2所示，最大水平位移為3.561mm，位于斷面1921。將位移曲線以斷面1921為界分為兩段曲線進(jìn)行擬合，如圖4.3（a）、4.3（b）所示。圖4.3 隧道軸線中心點(diǎn)水平位移由于隧道結(jié)構(gòu)與地基結(jié)合緊密，二者連續(xù)接觸，隧道所受地基反力連續(xù)分布，隧道與地基變形符合連續(xù)條件，所以可將隧道區(qū)間簡(jiǎn)化成力學(xué)模型，將隧道結(jié)構(gòu)等效為彈性地基梁，水平位移等效為彈性地基梁撓度，進(jìn)而求算其彎矩分布進(jìn)行檢算。將擬合曲線帶入上式計(jì)算，縱向附加彎矩最大值為12.12 kN?m。環(huán)間縱向螺栓在附加拉力作用下產(chǎn)生的附加變形可按下式計(jì)算：根據(jù)4.3節(jié)分

6、析及螺栓變形與接縫張開(kāi)量的幾何關(guān)系可得，當(dāng)外側(cè)產(chǎn)生彎矩，螺栓總拉伸0.67mm，則管片拼縫處總張開(kāi)量為0.56mm，其中位移引起的張開(kāi)量為0.32mm；當(dāng)內(nèi)側(cè)產(chǎn)生彎矩時(shí)，螺栓拉伸0.65mm，則管片拼縫處總張開(kāi)量為0.53mm，位移引起的張開(kāi)量為從管片防水角度考慮，管片彈性密封墊防水控制標(biāo)準(zhǔn)為接縫張開(kāi)不超過(guò)6mm，錯(cuò)臺(tái)不超過(guò)10mm。經(jīng)檢算，縱向管片最大間隙為0.56mm6mm，滿足控制標(biāo)準(zhǔn)要求。將隧道區(qū)間簡(jiǎn)化成力學(xué)模型，隧道區(qū)間等效為梁，豎向位移等效為撓度，進(jìn)而反推出彎矩，即為軌下結(jié)構(gòu)板的縱向彎矩。模型按照兩端固接計(jì)算，長(zhǎng)度取基坑與津秦高鐵海河隧道并行的長(zhǎng)度，220m，則L1=220m。本文

7、以實(shí)際工程為依托，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析研究，提出了受影響隧道安全性能檢算實(shí)用計(jì)算方法，主要結(jié)論如下：（1）基坑開(kāi)挖對(duì)隧道空間形態(tài)、管片受力、螺栓強(qiáng)度、接縫變形等均會(huì)產(chǎn)生一定的影響，基坑開(kāi)挖卸載會(huì)引起隧道產(chǎn)生向基坑的水平位移，基坑中部位置隧道水平位移最大。（2）管片內(nèi)力由水土壓力下計(jì)算內(nèi)力、拼裝誤差引起的附加內(nèi)力以及收斂變形引起的附加內(nèi)力三部分構(gòu)成。（3）將地下隧道等效為彈性地基梁，可由隧道位移反推結(jié)構(gòu)縱向附加內(nèi)力，進(jìn)而計(jì)算縱向螺栓附加軸力、環(huán)間接縫張開(kāi)量，檢算管片防水性能。參考文獻(xiàn)：1鄒偉彪,張冬梅,蔡雄威.基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近地鐵變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)值分析J.地下空間與工程學(xué)報(bào),2012,8(S2):1728-1731