四线盾构下穿北引干渠沉降及稳定性数值模拟研究

赵明应

摘 要：本文以厦门地铁2号线盾构区间下穿北引干渠为工程背景，采用Midas/GTS计算软件进行三维数值计算分析，模拟了四线平行盾构先后穿越既有水工结构的沉降及稳定性机理。对比理论计算结果及施工阶段监测数据，理论计算值与实际监测值较吻合，分析方法可用于分析及预测四线平行盾构穿越时对上部结构的影响，为后续工程人员进行此类工程研究提供必要的参考和借鉴。

关键词：四线平行盾构隧道；下穿干渠；三维数值分析；沉降

中图分类号：U455.43 文獻标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0120-02

1 工程概况

厦门地铁2号线二期东孚站～马銮北站区间及东孚车辆段出入段线区间四线平行下穿北引干渠，区间均采用盾构法施工，为单洞单线的圆形断面隧道，平面关系如图1所示。

东马区间隧道与北引干渠的结构最小净距为4.45m，东孚出入段线区间隧道与北引干渠的结构最小净距为1.87m，具体位置剖面如图2所示。

北引干渠是厦门市主要的引水管道之一，占厦门供水量的60%，1998年开始建设，2001年完成施工，采用2孔明挖矩形框架结构，单孔净空尺寸为3.6×3.8m，结构全宽8.25m，全高4.5m，结构厚度为0.35m，采用C20钢筋混凝土结构，引水干渠内的设计水深为3.22m。

2 数值模拟

2.1 计算模型

本次计算使用Midas/GTS有限元软件进行数值模拟分析，土体采用实体单元模拟，管片和北引干渠结构采用板单元模拟，模拟计算采用如下假设：（1）地表和各层土均呈均质水平层状分布；（2）忽略地下水的渗透作用，土体本身变形与时间无关；（3）每个隧道盾构推进的步长为4环管片宽度4.8m；（4）土体为各向同性、连续的弹塑性材料，服从Mohr-Coulomb屈服准则；（5）北引干渠结构与土体采用变形协调计算的方法。

土体相关计算参数如表1，隧道结构及北引干渠结构选用弹性本构模型模拟，计算模型如图3。

2.2 计算结果及分析

在该计算模型中，根据工程的实际工序进行模拟分析，地铁区间隧道下穿北引干渠的施工先后顺序依次为东马区间右线隧道施工、东马区间左线隧道施工、东孚出入段线区间右线隧道施工及东孚出入段线左线隧道施工；针对地铁区间穿越北引干渠进行三维模拟计算，计算结果如图4-图11。

根据盾构依次穿越北引干渠的计算模拟，选取东马区间右线及左线正上方2点作为沉降基准控制点，控制点1为东马区间左线上方北引干渠沉降点，控制点2为东马区间右线上方北引干渠沉降点；可以得出北引干渠的沉降曲线，如图12。

由以上计算图可知：①盾构区间近距离穿越北引干渠时，受施工扰动的影响，其结构变形以沉降为主，地表沉降最大值为12.5mm，北引干渠结构沉降最大值为6.2mm，均在控制值范围以内，满足要求。②盾构施工时东马区间右线与东孚出入段线右线对北引干渠的影响范围存在交叉叠加，而与另外2条区间隧道施工引起的影响交叉区域很小。③北引干渠结构最大沉降点位于东马区间正线及东孚出入段线右线区间之间。

3 现场实测结果

施工过程中主要对地表位移及北引干渠结构变形进行了监控量测，北引干渠结构变形监测点采用直埋方式设置于结构顶板上；依据实测数据，地表沉降最大值为8.54mm，北引干渠结构沉降最大值为5.02mm，均略小于理论计算值。如图13所示。

4 结语

（1）采用盾构法穿越北引干渠可以保证其结构的安全。（2）四线盾构平行穿越北引干渠时，线间距较越小，其影响区域交叉重叠的情况越严重，应尽量拉大地铁区间的线间距，减少对上部结构的影响。

参考文献

[1] 胡军，杨小平，刘庭金.盾构下穿施工对既有隧道影响的数值模拟分析[J].铁道建筑，2012（10）：50-54.

[2] 石建泽.某盾构下穿北京地铁双线盾构区间结构变形分析及控制研究[D].北京交通大学，2014.