開洞地基對深埋復(fù)合式TBM區(qū)間隧道穩(wěn)定性影響研究

1、開洞地基對深埋復(fù)合式tbm區(qū)間隧道穩(wěn)定性影響研究摘要：開洞地基對地下結(jié)構(gòu)的安全性及經(jīng)濟性有著重要影響，需對其進行專項論證。本文通過理論計算和數(shù) 值模擬分析北硝區(qū)城南新區(qū)某房地產(chǎn)項目對軌道六號線的 影響，研究表明隧道未產(chǎn)生規(guī)范不容許變形，復(fù)合式tbm區(qū) 間隧道襯砌的非接頭處配筋及裂縫滿足規(guī)范要求，接頭處螺 栓應(yīng)力小于螺栓的屈服強度，管片接頭安全，即襯砌能滿足 承載力要求。該項目的修建不影響隧道整體穩(wěn)定性。本文采 用的分析方法可以作為開洞地基對地下洞室安全影響評價 的參考。關(guān)鍵詞：開洞地基，地下結(jié)構(gòu)，安全影響評價中圖分類號：tu47文獻標(biāo)識碼：a1引言隨著地面與地下空間的綜合開發(fā)利用，地面髙層建筑

2、與地下洞室的沖突也日愈突出。地下空間的大量開發(fā)利用制約 著舊城改造和地面工程建設(shè)，高層建筑加載易導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生明顯的應(yīng)力重分布，可能對地基穩(wěn)定性、建筑結(jié)構(gòu)和地 下結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性產(chǎn)生較大影響。因此，開洞地基1 應(yīng)考慮地面建筑物對地下洞室的影響，對其進行專門論證。本文以北踣區(qū)城南新區(qū)某房地產(chǎn)項目為研究背景，探討 開洞地基對軌道交通六號線的影響。2項目背景2. 1建筑工程概況該項目由二棟住宅樓及地下車庫組成。上部采用剪力墻 結(jié)構(gòu)，地下車庫為框架結(jié)構(gòu)，擬采用柱下獨立基礎(chǔ)。其中一 號樓位于隧道正上方，基礎(chǔ)埋深3m,荷載大小為 2692424kpa,二號樓位于隧道保護線范圍內(nèi)，距軌道交通 六號線

3、右線軸心最近距離為5m,最遠為13. 2m,基礎(chǔ)埋深2m, 荷載大小為230. 73046kpa?；着c隧洞頂板巖石厚度 22. 6mo圖1該項目與軌道六號線平面位置關(guān)系fig. 1 plane pos ition rela ti ons bet ween the projec t with the rail line 62.2隧道工程概況軌道六號線區(qū)間隧道在該項目范圍內(nèi)為深埋復(fù)合式tbm 斷面，隧道圍巖級別為iv級，左右隧道軸線相距13m,截面 為直徑6.0m的圓形。襯砌截面橫向由六塊300mm厚的c30 混凝土預(yù)制管片拼裝形成一環(huán)，縱向按錯縫拼裝構(gòu)成。管片 縱向?qū)挾葹?.5m,管片標(biāo)準環(huán)標(biāo)

4、準塊箍筋按4>10170,管 片標(biāo)準環(huán)鄰接塊按010146雙向配筋，管片標(biāo)準環(huán)封頂塊 按g1096雙向配筋，縱向主筋按d)1670250雙向配筋。 主筋保護層厚：外側(cè)50mm,內(nèi)側(cè)40mm；構(gòu)造筋保護層不小于 20mmo圖2襯砌環(huán)構(gòu)造圖fig. 2 structure diagram of lining ring3洞室地基穩(wěn)定性理論計算3. 1洞室地基穩(wěn)定性判據(jù)2(1) 洞頂巖石塌落高度計算i以b=5m的圍巖垂直均布壓力為準，b每增減lm時的圍巖壓力增減率，因b=515m,取i=0. 1；s圍巖級別為iv級，s=4；o寬度影響系數(shù)，o=l+i(b-5)b隧道寬度(m), b取6.0m。(

5、2) 洞室地基承載力驗算地面建筑地基反力傳至洞頂上的附加荷載q,按下式計 算：洞頂巖柱自重及地面建筑地基反力產(chǎn)生的總下滑力： 洞頂巖柱側(cè)面的摩阻力：側(cè)壓力系數(shù)洞頂巖柱側(cè)面的粘結(jié)阻力：時，穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定，地面建筑地基反力對洞頂無附加荷 載影響。3. 2計算結(jié)果分析(1) 經(jīng)計算：洞室?guī)r石塌落高度=3. 96m,頂板巖層厚 度n2.5,隧道屬于深埋隧道。(2) 按照1號樓基礎(chǔ)荷載圖中最大均布荷載2424kpa 考慮，經(jīng)計算：洞室地基反力對洞頂無附加荷載影響。4隧道穩(wěn)定性分析4.1模型建立及參數(shù)選取通過對勘探點平面布置圖、地質(zhì)情況及荷載情況的不利 組合進行充分分析后，選擇1-1'剖面，采用an

6、sys軟件對 建筑物加載后的位移場及襯砌內(nèi)力進行有限元分析。修正慣用法將管環(huán)作為與管片具有相同剛度的剛性均 一環(huán)來計算，利用抗彎剛度有效率t1反映接頭所引起的管 環(huán)剛度降低，利用彎矩增減率©反映錯縫拼裝所產(chǎn)生的拼 裝效應(yīng)。根據(jù)地下工程設(shè)計施工手冊中的內(nèi)容，復(fù)合管 片按ti=0.8, "0.2計算。因tbm施工對圍巖損傷較小，故假定軌道六號線tbm區(qū)間隧道外界1.5m為松動圈分布范圍。松動圈范圍的巖體參 數(shù)按軌道交通六號線地勘提供的圍巖參數(shù)的0.7倍進行折 減。表1模型采用參數(shù)取值表tablet the values of parameters of the model 巖土

7、 名稱天然粘聚力(kpa)天然內(nèi)摩擦角(。)彈性模量(mpa)泊松比 重度(kn/m3)素填土 30 20 0. 36 20. 0砂質(zhì)泥巖 240 31. 5 714 0. 33 25. 15砂巖 600 32.8 1021 0. 38 25.6隧道襯砌c30 徑 / / 24000 0. 2 25樁基礎(chǔ)c30 論 / / 30000 0. 2 25松動圈 420 24. 28 714. 7 0. 31 25.64. 2襯砌結(jié)構(gòu)安全性判據(jù)3(1) 非接頭處配筋驗算公式鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的截面強度，應(yīng)按下列公式計 算：受壓區(qū)面積為矩形時：此時中性軸的位置按下式確定：矩形和t形截面的受彎剛件，其截

8、面應(yīng)符合下式要求：矩形和t形截面的受彎構(gòu)件當(dāng)僅配有箍筋時，其斜截面 的抗剪強度應(yīng)按下列公式結(jié)算：矩形和t形截面的受彎構(gòu)件，如能符合：，則不需要進 行斜截面的抗剪強度計算，僅需要根據(jù)規(guī)范鐵路隧道設(shè)計 規(guī)范第11. 1.8條規(guī)定，按構(gòu)造要求配置箍筋。（2）非接頭處裂縫驗算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，其最大裂縫寬度可按下式計算：（3）接頭處螺栓應(yīng)力驗算預(yù)制鋼筋混凝土管片在縱向、橫向分別通過2個m27螺 栓連接，m27螺栓機械性能等級為6.8級。通過慣用修正法 進行修正，按受彎構(gòu)件對接頭處螺栓應(yīng)力進行驗算。4. 3計算結(jié)果分析（1）隧道位移分析圖3建筑物加載引起的y方向附加位移云圖圖4建筑物加載引起的x方向附

9、加位移云圖表2建筑物加載后隧道位移分析表y方向附加位移（mm） x方向附加位移（mm）拱頂位移最大值 拱底位移最大值 右洞（兩點間變化最 大值）右洞（兩點間變化最大值）-6.4 -4. 5 2. 08 1.93根據(jù)建筑加載后隧道位移計算隧道拱頂相對下沉和拱 腳水平相對凈空變化，計算結(jié)果如表3表3隧道極限相對位移（）拱頂相對下沉水平相對凈空變化右洞左洞0. 032 0. 035 0. 032鐵路隧道設(shè)計規(guī)范規(guī)定：圍巖級別為iv,隧道埋深 時，拱頂相對下沉小于0.030. 07,拱腳水平相對凈空變化 小于0.200. 70o經(jīng)計算，隧洞拱頂相對下沉與水平相對凈 空變化均小于規(guī)范規(guī)定的限值，隧道穩(wěn)定

10、。(2)襯砌應(yīng)力分析圖5建筑物加載后引起的襯砌軸力分布圖圖6建筑物加載后引起的襯砌剪力分布圖圖7建筑物加載后引起的襯砌彎矩分布圖由圖5、6、7可知，建筑物加載后隧道襯砌最大軸力為 2640kn、最大剪力為45.7kn、最大彎矩為38. oknm。根據(jù)最大內(nèi)力值進行非接頭處配筋和裂縫驗算，tbm區(qū) 間隧道襯砌配筋滿足要求，箍筋按構(gòu)造要求滿足鐵路隧道 設(shè)計規(guī)范：時，直徑，的要求。鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，其 最大裂縫寬度滿足規(guī)范要求。根據(jù)最大內(nèi)力值進行接頭處螺栓應(yīng)力驗算：襯砌彎矩最大值為38knm,通過慣用修正法進行修正， 彎矩調(diào)整為30. 4knmo經(jīng)計算螺栓應(yīng)力為305. 3mpa,小于螺 栓的屈服

11、強度480mpa,所以管片接頭安全。5結(jié)論及建議(1) 該項目的修建對隧道的位移有一定程度的影響， 但影響很小，隧道未產(chǎn)生規(guī)范不容許的變形，并不影響隧道 的整體穩(wěn)定性。(2) 該項目范圍內(nèi)復(fù)合式tbm區(qū)間隧道襯砌的非接頭 處配筋及裂縫均滿足規(guī)范要求；接頭處螺栓應(yīng)力小于螺栓的 屈服強度，管片接頭安全。即襯砌能滿足支護承載力要求。(3) 考慮到水對地基巖體和隧道圍巖強度弱化的不利 作用，在地面建筑施工和運營期間必須做好地表水體下滲的 防排措施，避免基坑在雨季的積水下滲對隧道的影響，并使 地表水體構(gòu)筑物與隧道保持較遠距離。(4) 擬建物基礎(chǔ)開挖嚴禁震動放炮。參考文獻(references)1 張永新，王桂林.高層建筑巖石洞室地基穩(wěn)定性分 析方法與應(yīng)用j1.工程力學(xué)學(xué) 報，2007,24(supp. 2):110-120.2 重慶市建設(shè)委員會建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 (dbj50-047-2006) s.3 中華人民共和國鐵道部鐵路隧道設(shè)計規(guī)范 (tb10003-2005) s.北京：中國鐵道出版社,2005.4 馮