1、地面过量堆土对某地铁隧道的影响及结构安全分析摘要：地铁隧道设计容许一定量的地面可变荷载，一般要求扩散到隧道结构表面的地面超载不得超过一定数值。本文以某地铁盾构隧道上方地面被大量违规过量堆土为例，阐述地面过量堆土对地铁隧道的影响，并对结构安全进行分析。 关键词： 堆土 隧道 影响 Abstract: The subway tunnel is designed to allow a certain amount of ground variable load, general requirements overloading of the ground spread to the surface
2、of the tunnel structure shall not exceed a certain value. Above the ground to a Metro Shield Tunnel is a large number of violations excessive bulldozers example of excessive ground bulldozers subway tunnel, and structural safety analysis. Keywords: bulldozer; tunnel; impact 中图分类号：U25 文献标识码： A 文章编号：2
3、095-2104（2013） 1 引言 随着近年来国内地铁建设及运营规模的迅速增长以及地铁周边物业的开发，地面施工导致地铁隧道受损的事件屡见不鲜。现行地铁设计规范将地面施工荷载列入其他可变荷载范畴指导结构设计，但在具体工程实践中由于地质、水文、隧道埋深等条件不一，一般要求扩散到隧道结构表面的地面超载不得超过一定数值，比如广州地铁隧道设计一般按照 20kN/考虑地面超载。 华南某地铁盾构隧道于 2006 年建成投入运营，2013 年 1 月被某项目施工单位在隧道正上方地面过量堆放弃土，导致隧道发生异常沉降，本文着重阐述地面过量堆土对隧道的影响，并对隧道结构安全进行分析。 2 隧道技术参数 该盾构
4、隧道线形为直线、纵坡 20，线间距为 12.5 米，堆土位置隧道覆土深度约 6 至 7 米。隧道外径 6000mm，内径 5400mm，采用 C50 S10混凝土预制管片错缝拼装，分布筋为 HPB235 钢筋，主筋为 HRB335 钢筋。3 工程地质与水文地质 本区段位于珠江三角洲河网交错的海陆冲洪积平原区，地层从上至下分别为人工填土层，厚度约 0.5 至 5 米；冲洪积土层，厚度约 0 至 1米；坡积土层，厚度约 0 至 4 米；变质岩硬塑或稍密残积土，厚度约 2至 8 米，隧道洞身及洞底位于该地层中； 混合岩全风化带。按地下水赋存条件及地质构造条件，本区段地下水可分为第四系孔隙水、基岩裂隙
5、水两种类型，其中第四系孔隙水主要赋存于冲洪积砂层中，在本区段内，多呈零星状分布，富水性中等，基岩裂隙含水层透水性和富水性属中等。4 地面堆土对地铁隧道的影响 3.1 堆土过程 堆土区域原为一片荒草地，地势平坦，地铁隧道上方的堆土行为自北向南持续约 3 天，堆土高度约 3 至 4 米，堆土区域对应隧道里程为K18+619 至 K18+772，计 153 米，堆土区域与隧道的位置关系如图 1 所示。当发现隧道上方有大量堆土后，地铁管理部门立即督促肇事单位对违规堆放的弃土进行清运，其中图 1 虚线范围土方清运在 3 天内完成。 图 1. 堆土区域与隧道位置关系示意图 3.2 隧道变形情况及分析 开始
6、卸土前（2013 年 1 月 19 日）的隧道沉降监测数据显示，该堆土段隧道相比 2012 年 11 月的监测数据，已经产生了一定程度的异常沉降，左线最大沉降达 22.8mm，右线最大沉降达 16.2mm。卸土后，隧道表现出一定程度的修复性回弹，截至 2013 年 2 月 28 日，左线最大上浮回弹量为 5.6mm，右线最大上浮回弹量为 6.4mm，其中典型监测点的累计高程变化量-时间曲线如图 2、3 所示，隧道内部尚未表现出管片开裂或其他结构损伤。 图 2. 左线典型测点高程累计变化量-时间曲线图 图 3. 右线典型测点高程累计变化量-时间曲线图 由于地面堆土的方向是自北向南（即从隧道下行到
7、上行） ，卸土方向是自南向北（即从隧道上行到下行） ，下行线堆土压力作用时间长于上行线，故相比下行线，上行线受堆土影响造成的沉降变形较小且修复性回弹程度稍高。 5 结构安全分析 内力分析过程共分三个阶段，第一阶段为隧道结构上方未额外堆土时的状态进行分析（即初始状态） ，如图 4；第二阶段为管片在额外堆土后的安全性分析（即堆土状态） ，如图 5；第三阶段为隧道结构上方卸土后的状态进行分析（即卸土状态） ，如图 6。 结构分析按最不利的水土分算模式进行计算，验算各阶段结构配筋及裂缝。管片模型按三环 ABA 错缝拼装模型，环与环之间纵向连接螺栓采用节点耦合的方式进行模拟，同步其 X、Z 轴向平动位移
8、。环向螺栓采用约束刚度放松的形式进行模拟，刚度设定参照相关文献中对环向螺栓的转动刚度的设计进行，即 30000kNm/rads。管片厚度 300mm、宽1500mm，内直径 5400mm，外直径 6000mm，材料参数等按实际情况计算。 图 4. 初始状态隧道竖向应力云图 图 5.堆土 4m 后隧道竖向应力云图 图 6.卸土 4m 后隧道竖向应力云图 经配筋及裂缝验算，隧道在堆土前、堆土后的安全系数均大于 2，但按按最不利的水土分算模式计算，堆土 4 米后隧道结构安全系数由 2.25降至 1.81，表明堆土后，隧道结构仍安全，但安全储备降低了 19.6%。 6 结语 在地面堆土、卸土过程中，相比上行隧道，堆土压力作用时间较久的下行隧道的变形较大，卸土后的修复性回弹程度也不及上行线，符合土的固结理论。该事件中，由于隧道上方堆土被及时发现并在第一时间得到清运，使得隧道沉降的趋势得到控制，虽未对地铁运营安全带来实质性影响，但造成了隧道结构安全储备的降低，对结构耐久性成了潜在风险，地铁运营管理单位应严防此类事件的发生。 参考文献 1 陈仲颐，周景星，王洪瑾编著.土力学.北京：清华大学出版社.1994 2 黄宏伟，臧小龙.盾构隧道纵向变形性态研究分析.地下空间，VOL.22，No.3，2002,244251 3 GB50157-2003 地铁设计规范
