浅埋暗挖出入口下穿市政管线影响分析

尹筱琴（中国铁路设计集团有限公司 深圳 518000）

1 工程概况

沈阳地铁某车站为九、十号线同期实施换乘车站，车站沿城市道路设置，在道路两侧设置4个出入口，出入口过街段采用矿山法施工。某出入口下穿市政道路下方2.4mx2.2m排水管（埋深5.7m），最小净距约0.6m，根据规范[1]，结合所处的工程地质水文地质条件、风险源的种类、风险的性质及接近程度等具体情况，采取相应的技术措施，处理措施如下：

（1）施工前需先探明管线的准确埋深、材质、接头位置及形式、渗漏情况、年代等，施工前采用深孔注浆方式加固暗挖导洞上半断面。

（2）施工时严格执行“十八字方针”开挖[3]，必要时加设临时支撑；

（3）初支封闭后及时对初支背后回填注浆，将围岩与初期支护间的空隙回填密实；

本文主要通过Midas GTS软件建模分析，对施工过程中管线的沉降变形进行验算。

2 管线控制沉降

管线监控量测项目及控制值详见表1。

表1 监控量测项目控制值

3 计算模型

（1）计算软件。

采用MIDAS-GTS进行数值模拟分析。

（2）边界条件。

模型底面仅约束z方向的竖向位移，左右（长度方向）仅约束x方向的水平位移，前后（宽度方向）仅约束y方向的水平位移。

（3）荷载。

模拟中采用了以下荷载：

（a）自重及地面超载，在模型顶部施加了20 kPa的面荷载；

（b）排水管底部压力分别为：2 400×2 200为22kPa，2 200×2 000 为 20kPa；

（c）排水管侧部压力采用三角形压力，由上到下，值从零增大到管底压力大小。地下水位为Z=14m。

隧道开挖荷载释放：根据工程经验，隧道开挖阶段加载整体的40%，在初期支护阶段加载30%，最后在二衬支护阶段加载30%。

4 计算模型假设

（1）计算区域假设：模型大小为60 m×30 m×28.5m（长×宽×高）。模型中共划分了191 891个单元，共计31 865个节点（详见图1）。

（2）周围土体本构关系采用基于摩尔-库伦准则的理想弹塑性模型，管线及出入口模型中土体从地表往下依次有杂填土、中粗砂、砂砾等，采用四面体实体单元模拟；大管棚及小导管加固采用改变加固区域土体参数来模拟加固过程，加固区域的土体无侧限抗压强度为0.8MPa；模型中的隧道初衬、排水管和燃气管支护、采用板单元；超前小导管注浆层采用边界支护模拟，详见图2；

图1 地层-结构三维模型等轴测图

5 模拟施工步骤

根据实际开挖工况，并利用midas-GTS的单元“激活钝化”功能来模拟真实的开挖工况，具体的模拟开挖步骤如下：

（1）建模，建模中包括开挖的隧道、排水管以及支护结构。通过增加“修改单元属性”的边界组来模拟施工过程中材料属性的变化。

（2）在每一土层上施加重力荷载，平衡初始地应力。

（3）通过激活相关的单元来实现模拟隧道每个工况施工结束后的状态。

（4）通过“钝化”在每一个开挖层的土体单元来模拟开挖过程，伴随着激活相应的边界组来模拟隧道喷射混凝土、喷射混凝土硬化及注浆加固等施工方法。开挖过程实行纵向分步开挖，每5m为一个开挖段，各硐室开挖面分别相距5m。

（5）重复步骤（4）直到完成整个隧道断面的施工过程。

6 计算结果分析

计算结果详见图3~图5。

从图3~图5中可知：地面最大沉降为8.83mm＜20mm，满足要求。地面沉降槽宽度约为18m。排水管线最大沉降为4.85mm＜10mm，管线差异沉降为0.24 mm＜0.25%Lg=50 mm。燃气管线最大沉降为4.8mm＜10mm，管线差异沉降为0.3 mm＜0.3%Lg=50 mm。

7 结论及建议

（1）根据《城市轨道交通工程监测技术规范》分析，管线的差异沉降、变形速率等满足要求。

（2）施工时尽量调整至枯水期进行暗挖施工。

（3）下穿管线前对混凝土2 400mm×2 200mm及混凝土2 200mm×2 000mm排水管线采取内部铺设防水内衬，地面导流等有效措施，解决管线渗漏问题。

图2 出入口与管线的位置关系图

图3 地表沉降云图

图4 排水管线沉降云图

图5 燃气管线沉降云图