管線頂管施工上跨既有軌道交通結構影響

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摘要：在城市軌道交通快速發展的時代背景下，地下管線與軌道交通建設聯系越來越密切，地下管線設計、施工對既有軌道交通結構的影響也越來越受重視。文章結合地下管線頂管施工近距離上跨既有軌道交通區間結構實例，采用有限元軟件模擬地下管線全過程施工對既有軌道交通結構的影響分析，以指導地下管線施工，有效地達到了保護軌道交通結構的目的。

關鍵詞：頂管；地下管線；既有軌道交通；上跨；影響分析

1引言

在城市市政工程建設中，運用頂管施工能夠提高建設的安全性及效率。市政管線與軌道交通同為地下結構，往往市政管線施工會對既有軌道交通區間的結構造成一定影響[1]。因此，本文主要以頂管法施工市政管線工程對合肥既有軌道交通4號線的區間結構影響進行分析，有效保障既有軌道交通結構的安全性。

2工程背景

2.1工程概述

擬建地下管線管徑為DN1800mm，管材主要采用鋼管管材，外加F型鋼承口混凝土套管D2200mm，壁厚為200mm，施工方式為頂管法施工方式。管線上跨既有軌道交通區間結構，最小凈距為5.4m。地下管線與既有軌道交通區間空間位置關系，如圖1所示。

2.2地質概況

根據擬建項目詳勘報告及軌道交通詳勘報告，擬建場地第四紀地貌形態屬一級階地地貌單元，場地內略有起伏。勘察期間勘探深度范圍內揭露場地內地下水類型主要為上層滯水，主要含水層為①層素填土，主要受大氣降水和地表水滲入補給；場地內土層主要有①層填土、②層粉質黏土、③層黏土、④層強風化泥質粉砂巖。其土層物理學參數如表1所示。

2.3頂管方案

地下管線與區間隧道相交角度為80°，與區間結構的最小凈距約5.40m。其中，工作井2為頂管工作井（方井），距離區間隧道左線約137m；接收井2為頂管接收井（圓井），距離區間隧道右線約174m。

3既有軌道交通區間結構現狀調查

既有區間采用盾構法施工，區間結構直徑6m，線間距12m，區間埋深約13.4m到14m。根據現狀調查資料，該段盾構區間內管片拼裝良好，無裂縫及滲漏水情況發生。盾構管片出廠檢測報告顯示，該段區間左與右線盾構管片檢測合格，滿足設計要求，該段區間隧道施工監測數據整體穩定，處于安全可控范圍內。

4頂管施工的三維數值計算模擬與分析

4.1有限三維數值模型

為了較準確地反映基坑施工對軌道交通結構產生的附加變形影響，計算分析采用了三維有限元分析方法，考慮土體的非線性因素，模擬頂管施工與既有軌道交通結構間的相互影響。根據圣維南原理[2]，模型在縱向和橫向應取基坑開挖深度的2～3倍。計算時的邊界條件為：x軸方向采用x向約束，y軸方向采用y向約束，底部采用豎向約束，上表面為自由面[3]，有限元模型如圖2所示。

4.2計算工況

根據施工先后次序，計算中應包括如下計算工況。①工況1：初始地應力平衡，施作雨水管1、2、3，施作軌道交通區間隧道，位移清零；②工況2：施作第一段水源管，完成第一段管道土開挖，其中每段水源管2m；③工況3：施作第二段水源管，完成第二段管道土開挖；④依次施作，至工況56；⑤工況56：施作第五十五段水源管，完成第五十五段管道土開挖。

4.3計算結果

對三維數值模擬計算結果進行分析，頂管法施工市政管線上跨既有軌道交通區間結構對區間隧道水平位移影響較小，主要影響區間隧道的豎向位移[4]。在頂管法施工通過既有軌道交通后，累計豎向位移達到最大值，相關計算結果，如圖3所示。由數值模擬結果知，受管道開挖卸載的影響，臨近區間隧道結構局部會發生水平及豎向位移。其中右線隧道最大水平位移約0.099mm，最大隆起量約0.655mm；左線隧道最大水平位移約0.091mm，最大隆起量約0.694mm，隧道變形的最小曲率半徑為9.24×105。滿足軌道交通保護的相關要求[5]。

5結語

基于頂管法施工方案，通過Midas/GTS有限元軟件對地下市政管線上跨既有軌道交通區間結構進行三維有限元模擬分析，結合后期施工監測數據，模擬分析結果與施工監測值基本一致，同時也滿足了相關的規范要求。地下市政管線在頂管施工過程中，既有軌道交通區間結構各項監測數據正常，通過三維有限元計算得出施工、預測風險，為后續類似工程提供了參考。①對于地下市政管線采用頂管法施工上跨既有軌道交通區間結構，嚴格控制頂管土倉壓力、推進速度、出土量及壁后注漿，可以有效控制既有軌道交通的變形。②利用Midas/GTS有限元軟件進行三維模擬計算，預測頂管施工對既有軌道交通結構的變形影響，可以更加有效地指導現場施工，保護既有軌道交通結構的安全性。③在地下市政管線頂管施工對既有軌道區間結構的影響前提下，其應急方案需要施工單位在施工時加強監測，做好應急預案。在開工前成立由各方參加的搶險小組，做好思想上、物質上及人力上的準備。施工過程中，如發現區間隧道結構變形過大，應立即停止施工。并告知各方協調查明問題。綜上所示，針對地下市政管線頂管施工對既有軌道交通區間結構的影響中，建立三維有限元數據分析，通過對位移與內力的計算，確保地下管線頂管施工能夠滿足軌道交通結構的保護要求。

參考文獻

[1]張楊,林本海.管道頂管法施工對既有盾構隧道的影響分析[J].廣州建筑,2015,43(05):34-39.

[2]王光欽,丁桂保,楊杰.彈性力學(第3版)[M].北京：清華大學出版社,2015.

[3]陳文艷,施文捷,李慶來.基坑近距離跨越既有軌道交通結構的變形影響分析[J].地下工程與隧道,2016(01):11-14+54.

[4]涂承富.頂管上穿施工對既有地鐵隧道的影響[J].河南建材,2018,(2):165-167.

[5]CJJ/T202-2013.城市軌道交通結構安全保護技術規范[S].

作者：耿寧寧 潘學凱 單位：合肥市軌道交通集團有限公司