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.pdf

2 0 1 3 年 6 月第 6 期 城市道桥与 防洪 相关专业 2 6 9 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 2 0 0 0 9 2 ； 2 成都城建投资管理集 团有限责任公司， 成都 2 0 0 0 6 3 ) 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： U 4 5 6 3 文献标识码： A 文章编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 2 6 9 0 3 O 引言 随着城市 化进程 ，电力 电缆 地下化成为城市 发展的必然趋势 ， 在城市中建设电力隧道 ， 通常会 面临穿越既有管线 、 构筑物的情况 。进行 电力 隧道 施工时 ， 必然会引起土层 的水平位移和竖 向位移 ， 而不均匀的土层位移会对地下管线和构筑物的安 全产生影响 。因此 ， 本文针对一工程案例 ， 研究 隧 道施工对竖向邻近构筑物的影响情况 ，为设计和 施工提供科学支撑。 蜀都大道下穿电力隧道位于成都市蜀都大道 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 1 9 k m。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 3 4 m，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 4 m4 m1 0 m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 2 2 m管 棚注浆 。对该工程采用数值模拟的方法，利用 A B A Q U S 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 究电力隧道开挖对邻近车行地道及土体变形的影 响， 继而提出合理的施工建议。 1 数值模拟模型 1 1 模型简化假设条件 根据实 际工程及 地质勘测报告 ，模 型简化假 设条件如下 ： ( 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 ： 2 0 1 3 0 3 0 6 作者简介 ： 姬永红( 1 9 7 8 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。 为减少边界效应对模型的影响， 模型取为一个 8 0 m ( 长 ) 5 0 m( 宽 ) 2 2 5 m( 高 ) 的长方体 。 ( 2 ) 边界条件： 模型底部约束住竖向及水平两 个方向的位移 ， 4 个侧面约束住水平两个方向的位 移。 ( 3 ) 根据面积等效原则 ， 将开挖 的隧道取为一 直径为 4 m的圆形断面 ， 隧道纵向水平， 其上表面 位于地表 以下 1 O 5 m处 。已开挖且有一期支护 的 管道采用实心单元且用 C 3 0 混凝土进行模拟。 ( 4 ) 土层参数根据勘测报告 ， 如表 1 所列 。 表 1 土层技术 参数一 览表 ( 5 ) 初始地下水位位于地表下 5 m处 ， 井点降 水 后水位位 于地 表下 1 5 m处 。纵 向( 沿电力 隧道 方 向) 不考虑降水漏斗的影响， 横向( 沿车行地道 方向) 考虑降水漏斗的影g 4 1。降水后的水力坡度 为 1 1 0 1 1 5 ， 按对沉降最不利的情况， 取为 1 1 0 。 ( 6 ) 注浆体参数如表 2 所列。 表 2 注 浆体 技术参 数一览 表 模型及其网格划分如图 1 、 图 2 所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 6 月第 6 期 城 市道桥 与防 洪 相关专业 2 7 1 E 矗 嚣 匿 蜊 0 2 o 柏 6 0 8 o 滑电力隧道纵向距离， 加 图 8行 车地 道顶板处 沉降沿 纵向距 离变化 曲线图 91 7 。 ( 3 ) 电力隧道开挖面前方 5 倍开挖直径范围内 的土体 ， 由于开挖的扰动 ， 会引起该土体的沉降， 而在此范围外的土体则几乎不受影响。 ( 4 ) 车行地道的最大沉降约为土体最大沉降的 一 半， 这是由于地道空腔取代了一部分土体 ， 降低 地下水位时所引起的附加应力较小 ，从而沉降较 小。 各施工步骤横向跨中，行车地道顶板处沉降 如图 9所示 。 沿车行地道横向距离m 图 9车行 地道顶 板处沉 降沿其 纵 向变化 曲线 图 根据降水漏斗的影响 ，车行地道纵向变形会 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 4 0 m， 最大沉降值为 1 2 0 m m， 不均匀变形为 O 3 。 3 结论及建 议 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 了地面及车行地道 的沉 降变化情况。主要结论及建议有 ： ( 1 ) 地面沉降和车行地道顶板处沉降主要由于 降水引起 ， 电力隧道开挖的影响较小， 降水引起的 地面沉降占了地面总沉降的 9 5 5 ； 降水引起的车 行地道顶板处沉降是其总沉降值的 9 1 7 。 ( 2 ) 车行地道顶板处沉降约为地面沉降的一半， 车行地道的空腔可减小沉降发生。 ( 3 ) 电力隧道开挖施工沿纵 向的扰 动范 围为开 挖面前方约 2 0 m， 有效地支撑了采用 2 2 m超前管 棚的设计方案。 ( 4 ) 建议在降水过程中应加强对变形的监控， 更要减少抽水的含沙量，保证地下车道在下沉过 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 ， 2 0 0 3 2 】 费康 ， 张建伟 A B A Q U S在岩土工程中的应用【 M 北京 ： 中国水 利水 电出版社 ， 2 0 1 0 3 】 L e e K M R o w e R K F i n i t e e l e m e n t mo d e l i n g o f t h e t h r e e - d i m e n s i o n a l g r o u n d e d f o r ma t i o n s d u e t o t u n n e l i n g i n s o f t c o h e s i v e s o i l s , P a r tMe t h od o f a n aly s i s J C o mp u t e r s a n d G e o t e c h n i c s ，1 9 9 0 ，1 0 ： 8 7 1 0 9 【 4 J G J T 1 1 1 - 9 8 ， 建筑与市政降水工程技术规范【 s 】 【 5 J 0 4 2 9 4 ， 公路隧道施工技术规范【 s 滇池治污“ 十二五 规划重大项目启动 近E t ， 滇池治污“ 十二五” 规划重大项 目， 投资 5 5 亿的污水处理厂尾水外排及资源化利用建设工程 正式启动。 项 目的启动 ， 意味着昆明的大部分污水将不再流人滇池， 该项 目的建成将成为我国最大的地下 和水下管道工程 。 污水处理厂尾水外排及资源化利用建设工程是 滇池流域水污染防治规划( 2 0 1 1 - 2 0 1 5 年) 的重点项 目， 是滇池流域健康水循环工程系统的重要组成部分， 工程投资 5 5 亿， 工程建设长度达 6 5 k m， 水下长 约 1 2 k m 。 工程从正式启动日起， 至 2 0 1 4年 1 1 月完工， 工期 2 0 个月。 建成后， 昆明主城污水处理厂尾水 除城市景观、 绿化等再生水利用外， 剩余的尾水将外排到流域外， 减少进人外海的污染负荷。尾水通过西 园隧道进入螳螂川， 增加螳螂川河道的水资源量 ， 解决安宁市因工业快速发展而工业用水资源不足的困 难， 同时， 也实现了污水处理厂尾水的资源化利用。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m