针对暗挖电力隧道下穿既有地道对地道和土层变形影响的数值模拟分析

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1、2013年6月第6期城市道桥与防洪相关专业269暗挖电力隧道下穿既有地道对地道和土层变形影响的数值模拟分析姬永红，康金龙2，袁伟(1．上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海200092；2．成都城建投资管理集团有限责任公司，成都200063)摘要：该文分析了一个暗挖隧道对既有车行地道沉降及土层变形的影响。对一个实际工程进行建模，分降低地下水位和电力隧道开挖两个施工步骤进行分析。计算结果表明：降低地下水位会引起较大的车道和土层的沉降，而开挖过程对沉降影响较小。关键词：暗挖隧道；下穿；沉降；成都市中图分类号：U456．3文献标识码：A文章编号：1009—7716(201

2、3)06—0269—03为减少边界效应对模型的影响，模型取为一个80mO引言(长)×50m(宽)×22．5m(高)的长方体。随着城市化进程，电力电缆地下化成为城市(2)边界条件：模型底部约束住竖向及水平两发展的必然趋势，在城市中建设电力隧道，通常会个方向的位移，4个侧面约束住水平两个方向的位面临穿越既有管线、构筑物的情况。进行电力隧道移。施工时，必然会引起土层的水平位移和竖向位移，(3)根据面积等效原则，将开挖的隧道取为一而不均匀的土层位移会对地下管线和构筑物的安直径为4m的圆形断面，隧道纵向水平，其上表面全产生影响。因此，本文针对一工程案例，研究隧位于地表以下1O．5m处

3、。已开挖且有一期支护的道施工对竖向邻近构筑物的影响情况，为设计和管道采用实心单元且用C30混凝土进行模拟。施工提供科学支撑。(4)土层参数根据勘测报告，如表1所列。蜀都大道下穿电力隧道位于成都市蜀都大道表1土层技术参数一览表东段，起点接一环路已建电力隧道，东至双桥子立交以东，全长约2．19km。在暗挖段土体范围内存在着地下车道，雨水管和污水管等地下建筑物，开挖段环境复杂。尤其在下穿一环路车行地道处，与车行地道净距最小处仅为1．34m，且此处下方远期规划地铁6号线。在开挖隧道前先在地下车道两侧4m×4m×10m的土体用水泥和水玻璃双液型混合液压密注浆，采用超前小导管及22m管

4、棚注浆。对该工程采用数值模拟的方法，利用ABAQUS有限元软件[2]，通过合理的简化和假设，建立“车行地道一土一电力隧道”的相互作用模型，研(5)初始地下水位位于地表下5m处，井点降究电力隧道开挖对邻近车行地道及土体变形的影水后水位位于地表下15m处。纵向(沿电力隧道响，继而提出合理的施工建议。方向)不考虑降水漏斗的影响，横向(沿车行地道1数值模拟模型方向)考虑降水漏斗的影g~[41。降水后的水力坡度为1／101／15，按对沉降最不利的情况，取为1／10。1．1模型简化假设条件(6)注浆体参数如表2所列。根据实际工程及地质勘测报告，模型简化假设条件如下：表2注浆体技术参数一

5、览表(1)当模型横向及纵向长度大于隧道直径与隧道埋深两倍之和时，边界效应已基本消除[3]。因此，收稿日期：2013—03—06作者简介：姬永红(1978一)，男，河南平顶山人，硕士，高级工程师，从事市政工程设计与研发工作。模型及其网格划分如图1、图2所示。2013年6月第6期城市道桥与防洪相关专业271引起不均匀沉降，从而对地道结构产生附加应力。从图9计算结果可知，车行地道纵向影响范围为40m，最大沉降值为12．0mm，不均匀变形为O．3‰。E矗嚣匿3结论及建议蜊本文主要对蜀都大道下穿电力隧道工程进行了数值模拟，从降低地下水位和隧道开挖2个施工步骤进行了分析，得到了地面及车

6、行地道的沉02o柏608o降变化情况。主要结论及建议有：滑电力隧道纵向距离，加(1)地面沉降和车行地道顶板处沉降主要由于图8行车地道顶板处沉降沿纵向距离变化曲线图降水引起，电力隧道开挖的影响较小，降水引起的91．7％。地面沉降占了地面总沉降的95．5％；降水引起的车(3)电力隧道开挖面前方5倍开挖直径范围内行地道顶板处沉降是其总沉降值的91．7％。的土体，由于开挖的扰动，会引起该土体的沉降，(2)车行地道顶板处沉降约为地面沉降的一半，而在此范围外的土体则几乎不受影响。车行地道的空腔可减小沉降发生。(4)车行地道的最大沉降约为土体最大沉降的(3)电力隧道开挖施工沿纵向的扰动范

7、围为开一半，这是由于地道空腔取代了一部分土体，降低挖面前方约20m，有效地支撑了采用22m超前管地下水位时所引起的附加应力较小，从而沉降较棚的设计方案。小。(4)建议在降水过程中应加强对变形的监控，各施工步骤横向跨中，行车地道顶板处沉降更要减少抽水的含沙量，保证地下车道在下沉过如图9所示。程中没有裂缝产生。(5)在开挖施工前，应确保超前导管和注浆体达到设计要求，以确保电力隧道开挖对车道影响较小，保证车行地道车道运营安全。参考文献[1】仇文革．地下工程近接施工力学原理与对策的研究【D】．成都：西南交通大学，2003．