双线地铁隧道开挖引起的路面开裂研究★

徐海杰 杨昕砀 曹振源 赵文锦 袁钎钎

(郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450001)



·桥梁·隧道·

双线地铁隧道开挖引起的路面开裂研究★

徐海杰 杨昕砀 曹振源 赵文锦 袁钎钎

(郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450001)

采用有限元方法，对双线隧道开挖导致的路面开裂位置进行了分析，并与实测结果作了对比，指出有限元方法可用于评估隧道开挖导致的上方路面开裂，对城市隧道开挖过程中的路面保护具有重要意义。

路面，隧道，有限元模型，水平位移

目前我国众多经济较发达的城市都在进行城市地铁建设，大量的盾构施工穿行于现有的市政道路之下。城市中修建地铁隧道不可避免会使地表发生移动和变形，过大的地表移动及变形会对地面建筑物、桩基以及地下管线产生重大危害，诸多学者在该方面进行了深入的研究[1-3]。

隧道开挖对公路的影响方面，段恩新[4]通过建立隧道—地基—路基相互作用计算模型，采用数值计算方法分析计算了隧道下穿深度、地层模量、泊松比及强度参数等因素与路基沉降变形规律之间的关系。对于城市地铁盾构隧道，由于施工区域主要存在于闹市区，且通常沿市内重要地面交通线进行布置。不可避免的对上部既有公路产生扰动，甚至导致上部路基路面产生开裂，严重影响上部道路的寿命及交通运行效率。针对该问题，本文通过有限元分析及现场实测进行研究，重点研究裂缝开裂的位置与隧道之间的关系。

1 有限元模型

模型长度200 m，土体深度共50 m,隧道埋深14 m，隧道直径为30 m。土体侧向约束水平方向位移，底部约束竖向位移(见图1)。

土体为郑州粉土，采用摩尔—库仑模型进行计算，弹性模量为20 MPa，泊松比为0.35，粘聚力为15 kPa，内摩擦角为25°。隧道衬砌为混凝土结构，弹性模量为32.5 GPa，采用弹性梁模型来进行计算。路面为沥青混凝土材料，与温度有关，在20 ℃下，采用弹性梁模型进行计算，弹性模量取为1 600 MPa，泊松比取为0.4。

2 结果及分析

有限元计算得到的位移云图如图2所示，双线隧道开挖导致的土体位移主要发生在隧道上方。从图3路面位移及应变曲线中可以看出，路面最可能发生开裂的位置，也就是应变最大位置，约在两隧道中心(100 m)向外18 m左右位置处。

对郑州市某路段的部分裂缝进行测量，通过处理数据得出的结果如图4所示。

通过有限元分析图与计算所得的数据可以看出：路面实际开裂位置分布在两侧隧道附近，间距约为20 m，而通过有限元和绘图计算所得间距18 m左右。虽然模拟得到的规律和实际相比有一些差距，但是整体变化过程还是一致的。鉴于本文考虑的是理想状态下的沉降情况，可以看出通过数值模拟得到的结论具有一定的可靠性。

3 结语

1)双线隧道开挖所产生的土体损失，导致上方公路路面发生不均匀沉降，进而产生裂缝，且裂缝出现在路面应变最大位置处；

2)通过本文有限元计算得到的路面裂缝与实测结果基本一致，可采用有限元方法对路面开裂问题进行评估。

[1] 邹文浩.隧道开挖对周边房屋影响及大直径盾构开挖面稳定性研究[D].北京：清华大学,2012.

[2] 向卫国.隧道开挖引起地下管线变形和安全性状的研究[D].北京：中国铁道科学研究院,2011.

[3] 朱逢斌,杨 平,ONG C W.盾构隧道开挖对邻近桩基影响数值分析[J].岩土工程学报,2008,30(2):298-302.

[4] 段恩新.铁路隧道下穿施工引起高速公路路基沉降规律研究[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2013,26(2):41-45.

On roadbed cracks caused by double-line subway excavation★

Xu Haijie Yang Xindang Cao Zhenyuan Zhao Wenjin Yuan Qianqian

(CollegeofCivilEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China)

The paper adopts the finite element method to analyze the roadbed crack positions caused by the double-line tunnel excavation, compares it with the measured results, and points out the finite element method can be used in the evaluation of the tunnel excavation which leads to the upper roadbed cracks, so it is important for the roadbed protection in the excavation of the urban tunnels.

roadbed, tunnel, finite element model, horizontal displacement

1009-6825(2017)09-0146-02

2017-01-14★:郑州大学大学生创新项目(2016xjxm181)

徐海杰(1996- )，男，在读本科生； 杨昕砀(1996- )，女，在读本科生； 曹振源(1996- )，男，在读本科生； 赵文锦(1995- )，女，在读本科生； 袁钎钎(1996- )，男，在读本科生

U455

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