淺析地下結(jié)構(gòu)施工對周邊地鐵隧道影響分析

周捷 劉燕

摘 要：本文以某工程的地鐵隧道空間結(jié)構(gòu)為例，借助于有限元分析軟件對整個工程項目的多個關(guān)鍵部位在不同工況下的受力情況進行全面分析研究，希望本文對從事地下結(jié)構(gòu)施工或者隧道受力分析研究的工程技術(shù)人員有所幫助。

關(guān)鍵詞：地下結(jié)構(gòu);地鐵隧道;隧道;地下結(jié)構(gòu)施工;影響分析;有限元分析

1 研究對象簡介

以某工程為研究對象，該研究對象呈長方體，其中包含貿(mào)易商場、停車場以及消防工程等等，項目的總建筑面積約25萬平方米，地下部分分為上下兩個部分，主體部分的尺寸為340mX650m。整個建筑體的結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土框架為主，整個工程中未設(shè)置變形縫，局部設(shè)置有剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)以筏板為主。

2 有限元分析模型構(gòu)建

在有限元模型中，所有基礎(chǔ)構(gòu)件的尺寸均嚴(yán)格按照工程實際參數(shù)進行設(shè)置，其中地下結(jié)構(gòu)的底、中板厚度分別是0.5米和0.3米，地下支柱的尺寸選用0.75m見方尺寸，基坑圍護樁直徑為0.8米，選用D25錨桿，隧道墻壁厚度為0.3米。整個模型的尺寸最后設(shè)定為90X24X40m，在模型的底面和側(cè)面施加水平和豎向約束，頂部不施加任何約束。本項目采用明挖法進行工程施工，基坑開挖深度15米。

3 數(shù)值模擬分析結(jié)果探究

3.1 基坑周邊的最大沉降量分析

通過數(shù)值模擬分析可以得知，隨著基坑的開挖，基坑周邊的土體會沿著基坑的方向緩慢移動，但是這種運動位移并非是無限延伸的，由于圍護樁的設(shè)置，土體受到一定阻礙作用，其會呈現(xiàn)出豎直方向位移量先緩慢增加，然后逐漸趨減至零的趨勢，而且最終會呈現(xiàn)出凹凸不平的波浪狀形勢，直至基坑開挖接近尾聲其才展現(xiàn)出微乎其微的沉降值，其測量沉降值遠遠小于兩個數(shù)量級。

3.2 基坑維護結(jié)構(gòu)的水平位移量分析

從整個模擬施工過程來看，基坑圍護結(jié)構(gòu)的水平位移量會隨著開挖的進行而持續(xù)增加，經(jīng)過實際測量可以得知，其整體位移范圍量在0.035～0.048m范圍之內(nèi)，因此查閱相關(guān)的施工規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以得知，基坑圍護結(jié)構(gòu)的施工制作是符合規(guī)范要求的，因此可以在實際的工程中進行實施。

3.3 地下隧道襯砌位移情況分析研究

從整個數(shù)值模擬分析過程來看，地下隧道襯砌豎向位移的最大位移量出現(xiàn)在工程的施工最后階段，通過計算可知其數(shù)值大概為0.0113m，此時基坑的開挖深度達到了工程要求的最大值15m，由此可以判斷出，此時是整個施工過程對周圍土體影響最為嚴(yán)重和明顯的階段，當(dāng)然從計算結(jié)果上看周圍土體的卸載量也達到了相應(yīng)的峰值，因此周圍土體也呈現(xiàn)出堆積最大值。其次，由隧道襯砌橫向位移分析可知，地下隧道的襯砌水平位移值出現(xiàn)在隧道襯砌拱腰的兩端，并且水平的變化趨勢均朝隧道內(nèi)側(cè)，隧道兩側(cè)水平位移相似。伴隨著施工進度的向前推進，水平位移也會逐漸呈現(xiàn)變大的趨勢。由以上計算分析可知，工程初期的基坑橫向變化情況會比其他的部位變化更加的明顯，而且橫向變化趨勢與豎向變化趨勢相似，伴隨著施工進度的向前推進，地下隧道襯砌水平位移量也會由最高值逐漸的回落，最后逐漸趨近于一個穩(wěn)定值。

3.4 隧道襯砌應(yīng)力分析

就隧道襯砌軸向應(yīng)力情況分析，從整個施工過程來看，除工程施工前期拱頂之外，其他的部位環(huán)節(jié)的軸向力均呈現(xiàn)出不同程度的變大，在進行開挖的過程中所有的部位徑向力呈現(xiàn)出不同程度的縮減趨勢，待到整體工程施工之后，各個部位的軸向力又出現(xiàn)不同程度的增加，但是趨勢明顯要縮減趨勢，最后也是逐漸的趨于穩(wěn)定狀態(tài)。但拱腰和下腰等部位的最終軸向力要明顯的大于初始階段，只有拱肩和拱底的軸力呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢。

最后分析襯砌的環(huán)向應(yīng)力，同樣是除了拱肩之外，其他均呈現(xiàn)出不同程度的增大，在之后的施工過程中不同部位的環(huán)向應(yīng)力逐漸縮減，待到整個工程施工之后也會出現(xiàn)小幅度的回升，但最終也都趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)果分析延伸

通過上述模擬結(jié)果分析可以得知，經(jīng)有限元分析軟件度工程進行分析，可以極大限度的對真實場景進行再現(xiàn)分析，然后得出隧道工程附近的地表、圍巖以及襯砌等的應(yīng)力變化規(guī)律。因此在進行工程明挖法施工的過程之中，應(yīng)借助于有限元軟件對基坑施工的可行性和安全性進行分析研究。

5 結(jié)束語

本文在結(jié)合某地下隧道工程實例的基礎(chǔ)之上，借助于有限元分析軟件就地下結(jié)構(gòu)施工對周邊地鐵隧道影響情況進行了詳細的分析研究，并對模擬結(jié)果進行深入的探索延伸，希望本文對相關(guān)工程起到一定的借鑒作用。

參考文獻：

[1]馮國健.緊鄰深大長基坑的地鐵結(jié)構(gòu)保護對策與實踐[J].隧道建設(shè)（中英文），2018，38（01）：103-109.

[2]許林克.地鐵周邊聯(lián)合大基坑開挖對地鐵結(jié)構(gòu)的風(fēng)險分析及監(jiān)管對策[J].建材與裝飾，2018（03）：268-269.

[3]郭典塔，周翠英，謝琳.近接地鐵隧道基坑開挖靜動力學(xué)行為研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2015，12（02）：393-401.