地下人行通道明挖对下伏既有电力隧道的影响研究

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

一、引言

随着我国城市化进程的不断推进，地下构筑物越来越复杂，出现很多基坑修建在既有电力隧道上方。基坑开挖土体卸荷必然引起周围地层移动，导致位移场和应力场的变化，严重威胁既有隧道安全，因此掌握基坑开挖过程中既有隧道变形特性及内力分布是至关重要的[1-3]。本文结合实际工程，利用有限元软件建立模型，分析地下人行通道开挖产生偏压和卸荷对既有电力隧道的影响。

二、计算模型

本文采用Midas/GTS NX建立二维计算模型，按照平面应变问题进行计算，采用二维平面应变模型进行模拟。模型高度为19.6m，宽为23.1m，岩土体从上往下分为素填土、中风化泥质砂岩，泥质砂岩。前两层厚度分别为1.7m、1m。电力隧道呈倒“凸”形，宽为3.1m，高为3.55m。衬砌采用C30混凝土，厚度25cm。人行通道底部到隧道上方距离仅为0.3m。人行通道开挖深度为5.75m。其位置关系如图1所示。

本文模型计算参数取值表1所示：

表1计算参数

模型边界条件：X轴方向的两侧边界采用约束X方向位移，底部边界为固定约束，上部边界为自由面。

基坑开挖模拟：1、计算初始应力场，并将位移清零；2、模拟电力隧道开挖及支护，也并将位移清零；3、模拟人行通道开挖：人行通道是从右往左开挖，开始每开挖步2m，临近隧道改为1m，随后又为2m。

图1 位置关系图及网格划分图

三、计算结果分析

有限元分析的重点是研究地下人行通道开挖对既有电力隧道变形影响，图2、3给出了施工全过程的隧道竖向位移、水平位移与开挖步变化趋势图。

图2 隧道竖向位移变化趋势图

图3 隧道水平位移变化趋势图

由图2可得，随着人行通道的开挖，隧道竖向位移逐步向上隆起，这是由于岩土体卸荷产生的；当施工步8开挖时，电力隧道竖向位移突然变现为沉降，到施工步9开挖时隧道正上方沉降量突增，增大量为350%，这是由于随着人行通道的开挖对电力隧道产生偏压造成的。随着人行通道继续往左开挖，岩体卸荷引起隧道往上隆起。当开挖到13步时，人行通道开挖对电力隧道影响较小并趋于稳定。

由图3可得，随着人行通道的开挖，隧道水平位移逐步增大；当施工步9开挖时，电力隧道水平位移突然增加，增大量为29.70%，同样这是由于随着人行通道的开挖电力隧道受到偏压的影响。

四、结论

通过地下人行通道开挖过程对既有电力隧道的影响分析可得到：

1.人行通道开挖对其下部既有电力隧道有明显的影响，基坑开挖卸荷使得隧道产生位移，主要体现为竖向隆起。

2.人行通道开挖到隧道正上方时，隧道变形量突然增大，因此人行通道开挖产生偏压对既有电力隧道影响较大，对类似的工程施工提供借鉴。