基于人防結(jié)構(gòu)的電力隧道開挖設(shè)計及施工變形分析

基于人防結(jié)構(gòu)的電力隧道開挖設(shè)計及施工變形分析

0電力隧道開挖施工實際應(yīng)用隨著城市的發(fā)展，地表資源變得越來越緊張，土壤交通變得越來越擁擠。這就決定了地下空間的重要性。解放碑城市中心區(qū)的地下快速方案是希望將整個解放碑的交通放入地下,緩解地面交通壓力,形成整體的商業(yè)步行空間本文以重慶解放碑地下停車系統(tǒng)工程下穿銀座商場主通道下的新建電力隧道為工程背景,提出從現(xiàn)狀人防結(jié)構(gòu)路面下開挖電力隧道的設(shè)計方案,經(jīng)過現(xiàn)場檢測得到人防結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀參數(shù),結(jié)合有限元數(shù)值技術(shù)模擬電力隧道施工過程,分析電力隧道開挖施工引起的近接建筑物基礎(chǔ)變形情況1項目總結(jié)1.1地下空間改造重慶解放碑地下停車系統(tǒng)工程屬于市政設(shè)施領(lǐng)域的交通工程,包括“一環(huán)六射N連通”,由地下主通道與聯(lián)絡(luò)支線以及車庫間聯(lián)絡(luò)線將解放碑CBD區(qū)域N個地下車庫連成一體,形成一個管理統(tǒng)一、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行高效的地下停車系統(tǒng)。其中,項目一期工程主要是臨梯干道原人防工程改為停車場的改造工程,北起臨江門,向南經(jīng)過較場口、十八梯到達(dá)解放西路與中興路交叉路口,地上地下構(gòu)筑物均比較密集。為了滿足地下停車系統(tǒng)工程運(yùn)營需求,需對渝中區(qū)解放碑地下停車場改造一期主通道K0+090~K0+430段,在不破壞原人防結(jié)構(gòu)條件下,從人防結(jié)構(gòu)路面開挖電力隧道,并根據(jù)路面改造設(shè)計要求重新回填施作路面以通行車輛。1.2中厚金質(zhì)巖結(jié)構(gòu)工程場區(qū)出露的地層主要為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)沉積巖層。銀座商場基礎(chǔ)置于砂巖之上,人防結(jié)構(gòu)K0+220~K0+240區(qū)間段置于砂質(zhì)泥巖之中,該區(qū)間地層情況由上至下分別為砂巖和砂質(zhì)泥巖。砂巖:灰褐色、灰色,細(xì)粒結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,鈣質(zhì)膠結(jié)。主要礦物成份有:石英、長石。強(qiáng)風(fēng)化層厚度為0.50~1.20m,強(qiáng)風(fēng)化巖心多呈,碎塊狀、短柱狀;中風(fēng)化巖心呈柱狀、長柱狀,中等風(fēng)化巖體完整性系數(shù)為0.68~0.76,巖體彈性縱波速度為3072~3558m/s,巖體的完整性主要呈較完整。巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度為19.5~28.5MPa,屬較軟巖。砂質(zhì)泥巖:紫色、紫褐色,粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造。主要礦物成分為粘土礦物。表層強(qiáng)風(fēng)化帶一般厚度為0.50~1.50m,強(qiáng)風(fēng)化巖心呈碎塊狀,風(fēng)化裂隙發(fā)育;中風(fēng)化巖心呈柱狀、長柱狀,中風(fēng)化巖體完整性系數(shù)為0.62~0.76,巖體彈性縱波速度為2966~3290m/s,巖體主要呈較完整。巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度為2.9~7.9MPa,屬軟巖。1.3主通道隧道混凝土結(jié)構(gòu)項目一期工程主通道隧道K0+000~K0+444.5屬于完全利用既有人防隧道段。一期工程主通道K0+220~K0+240段下穿銀座商場,其為6層高的混凝土結(jié)構(gòu),位于主通道隧道正上方,采用厚2m的筏板基礎(chǔ),基礎(chǔ)底標(biāo)高248.0m,距主通道豎向最小間距為10.1m。新建電力隧道頂標(biāo)高與既有人防結(jié)構(gòu)主通道路面標(biāo)高一致,位于近接建筑物正下方,與建筑物基礎(chǔ)豎向最小間距為17.8m。渝中區(qū)解放碑地下停車場改造一期主通道近接建筑物如圖1,一期工程主通道下新建電力隧道與銀座商城平面位置關(guān)系如圖2,一期工程新建電力隧道與銀座商城縱斷面位置關(guān)系如圖3。2電力隧道的鋪設(shè)對于渝中區(qū)解放碑地下停車場改造一期主通道K0+090~K0+430段,在不破壞原人防隧道結(jié)構(gòu)的條件下,從人防隧道路面開挖電力隧道,并根據(jù)路面改造設(shè)計要求重新施作路面以通行車輛。新建電力隧道內(nèi)輪廓為2.4m×2.1m矩形,襯砌厚度為40cm,開挖后按1m×1m梅花形打入直徑22mm普通砂漿錨桿,并緊貼圍巖施作墊層,設(shè)計方案如圖4。3k0+處理情況圖2為了得到既有人防結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀參數(shù),對解放碑地下環(huán)道人防隧道K0+090~K0+430段既有人防隧道工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行了專項檢測,檢測結(jié)果表明(1)解放碑地下環(huán)道人防隧道K0+090~K0+430段襯砌結(jié)構(gòu)共有2條斜向裂縫,長0.8m;共有30處滲漏水,其中滲水痕跡8處,檢查時濕潤22處。(2)解放碑地下環(huán)道人防隧道K0+090~K0+430段襯砌混凝土抗壓強(qiáng)度為15.6~46.9MPa,離散性較大,襯砌混凝土最低強(qiáng)度為15.6MPa,位于K0+240右邊墻處,該段襯砌混凝土彈性模量為2.14×104N/mm(3)按10m間距提供測點厚度值,檢測段落襯砌結(jié)構(gòu)厚度為48~111cm,最薄處襯砌結(jié)構(gòu)厚度為48cm,位于K0+300左拱腰處。(4)解放碑地下環(huán)道人防隧道K0+090~K0+430段共有6處脫空,其中最大脫空長度達(dá)1.5m,共3處(右拱腳1處、右邊墻偏下2處)。(6)解放碑地下環(huán)道人防隧道K0+090~K0+270段(長180m)襯砌結(jié)構(gòu)外側(cè)配有單層鋼筋。(7)解放碑地下環(huán)道人防隧道K0+090~K0+430段路面基底下共有7處不密實,其中最大不密實長度13.0m,位于右行車道中線路面基底下;路面基底下共有10處脫空,其中最大脫空長度2.5m,位于右行車道中線路面基底下。4元模型與計算條件4.1模型計算及網(wǎng)格剖分主通道K0+220~K0+240區(qū)間段最大二襯厚度為93cm,最小二襯厚度為91cm。本次分析計算對K0+220~K0+240區(qū)間段人防結(jié)構(gòu)按照90cm厚、新建電力隧道襯砌按照40cm厚及下穿建筑筏板基礎(chǔ)200cm厚進(jìn)行三維建模計算。計算模型及網(wǎng)格剖分如圖5,銀座商場的筏板基礎(chǔ)和圍巖采用實體單元模擬,人防隧道襯砌和新建電力隧道襯砌采用shell單元模擬,結(jié)構(gòu)位置關(guān)系如圖6。根據(jù)圣維男原理,計算模型中巖體范圍取隧道周圍3~5D(D為隧道最大尺寸),不影響計算結(jié)果的可靠性,故取高度40m、寬度80m,長度100m。模型單元總數(shù)為363542、節(jié)點數(shù)為68257。4.2道k0+200k0+400段襯砌混凝土本次計算區(qū)域人防隧道圍巖主要為砂巖和砂質(zhì)泥巖,圍巖級別為Ⅳ級。根據(jù)襯砌混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度試驗成果可知,主通道K0+220~K0+240段襯砌混凝土最大抗壓強(qiáng)度為17.0MPa,最小抗壓強(qiáng)度為16.5MPa。假設(shè)計算區(qū)域內(nèi)的既有人防隧道襯砌支護(hù)參數(shù)為:既有人防隧道襯砌結(jié)構(gòu)采用900mm厚C30混凝土。根據(jù)業(yè)主提供的電力隧道襯砌斷面圖可知,新建電力隧道二次襯砌采用400mm厚C30混凝土。有限元計算采用的單元類型及材料參數(shù)如表1。4.3施工模擬研究為全面分析新建電力隧道對既有建構(gòu)筑物的影響,本文分3個階段、7個步驟進(jìn)行計算模擬。第一階段:圍巖自重應(yīng)力場模擬。第二階段:既有建構(gòu)筑物施工模擬,包括:①開挖人防結(jié)構(gòu);②施工人防結(jié)構(gòu)支護(hù);③施工銀座商城筏板基礎(chǔ);④施加建筑荷載。第三階段:新建電力隧道施工模擬,包括:①從既有人防結(jié)構(gòu)路面下開挖電力隧道;②施工電力隧道襯砌。5結(jié)論分析5.1建筑基礎(chǔ)應(yīng)力分析電力隧道襯砌后建筑基礎(chǔ)最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力分布情況分別如圖7和圖8。電力隧道施工后,建筑基礎(chǔ)最大主應(yīng)力0.02MPa,最小主應(yīng)力0.07MPa。建筑基礎(chǔ)最大主應(yīng)力0.02MPa<1.47MPa(C30抗拉強(qiáng)度設(shè)計值),最小主應(yīng)力0.07MPa<16.5MPa(C30抗壓強(qiáng)度設(shè)計值),建筑基礎(chǔ)安全。5.2近接建筑物基礎(chǔ)位移分析電力隧道襯砌后近接建筑物基礎(chǔ)水平位移和豎向位移分布情況分別如圖9和圖10。電力隧道施工后,由電力隧道施工引起的近接建筑物基礎(chǔ)最大水平位移出現(xiàn)在基礎(chǔ)邊界處,為0.1mm;最大豎向位移出現(xiàn)在基礎(chǔ)中間區(qū)域,為0.2mm。由分析后的結(jié)果可知,近接建筑物基礎(chǔ)變形較小,電力隧道開挖施工對近接建筑物的影響較小,近接建筑物基本處于穩(wěn)定狀態(tài),結(jié)構(gòu)安全。6建筑基礎(chǔ)應(yīng)力值銀座商場為6層高的混凝土結(jié)構(gòu),既有人防隧道K0+220~K0+240段下