地铁隧道结构监测与安全评估综合研究

文章编号:1672

7479(2019)05

0008

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铁摇道摇勘摇察2019年第5期

地铁隧道结构监测与安全评估综合研究

苏摇涛

(沈阳地铁集团有限公司,辽宁沈阳摇110011)

摇摇摘摇要:为了有效降低周边工程施工对地铁隧道的影响,可在施工前采用三维建模的计算方法进行安全评估,再结合施工过程中的监测数据,实时分析地铁隧道结构及轨道道床等变形情况,以便科学地指导工程施工。某临近运营地铁基坑施工项目的安全评估和监测数据分析表明:基坑施工对左线隧道(临近基坑)的影响呈隆起趋势,最大隆起量为5郾08mm;对右线隧道(远离基坑)的影响呈沉降趋势,最大沉降量为-2郾45mm;监测数据的最大波动范围在-2~+2mm之间。

关键词:隧道监测;安全评估;变形规律中图分类号:P231摇摇文献标识码:BDOI:10.19630/j.cnki.tdkc.201904300001

开放科学(资源服务)标识码(OSID):

ResearchandAnalysisofMonitoringDataandSafetyAssessment

inMetroTunnelStructure

(ShenyangMetroGroupCo.,Ltd.,LiaoningShenyang,110011,China)

SuTao

Abstract:Inordertoeffectivelyreducetheimpactofsurroundingconstructiononthemetrotunnel,athree鄄dimensionalmodelingcalculationmethodcanbeusedforsafetyassessmentbeforeconstruction.Combiningthemonitoringdataduringtheconstructionprocess,thedeformationsofthetunnelstructureandthetrackbedareandmonitoringdataanalysiswhichareobtainedthroughafoundationpitconstructionprojectnearanoperatingthemaximumupliftis5郾08mm.Whiletheimpactondistanttunnelsshowsasubsidencetrend,andtheand2mm.

Keywords:Tunnelmonitoring;Safetyassessment;Deformationlaw

收稿日期:20190430

作者简介:苏摇涛(1982—),男,2011年毕业于武汉大学测绘工程专业,工程师。

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analyzedinrealtime,soastoachievethepurposeofscientificallyguidingtheconstruction.Safetyassessmentmetroindicatethat:theimpactoffoundationpitconstructiononadjacenttunnelsshowsanupliftingtrend,andmaximumsettlementis-2郾55mm.Themaximumfluctuationrangeofthemonitoringdataisbetween-2mm

摇摇随着社会的高速发展,地铁不仅为人们提供了更

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地铁隧道结构监测与安全评估综合研究:苏摇涛

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加便捷的出行方式,也成为城市发展的重要标志。如何有效地预测地铁变形并及时采取有效的控制措施成为了研究的重点。

以沈阳某临近运营地铁的基坑施工项目为例,研究安全评估及结构监测在地铁运营过程中起所起的重要作用。

2郾1摇基坑设计参数

基坑的支护方式为“钻孔灌注桩+锚索冶,钻孔灌

注桩直径为0郾6m,间距为1郾0m,混凝土强度为C25,钢筋混凝土保护层厚70mm;锚索钻孔直径为0郾15m,0郾5~0郾55;杆体材料为1860MPa的钢绞线。桩间挂2郾0m范围内,堆载不允许超过10kPa。基坑与地铁设钢丝网,喷射50mm厚C20细石混凝土。基坑边隧道剖面关系如图2。

锚固体为P郾O42郾5级或以上标号水泥砂浆,水灰比为

1摇项目概述

某基坑项目位于沈阳地铁一号线重工街站-启工街站区间南侧,基坑长约48m,深约11郾5m,其边缘与区间结构水平净距为11郾5~13郾8m,位于沈阳市地铁运营保护区内。为确保地铁运营安全,需对既有地铁隧道进行安全评估和保护监测[1]。基坑与地铁隧道关系如图1。

2郾2摇计算范围

近地铁隧道侧剖面建立[2]),横向范围取52m;竖向范围:上取至地面,下取至地面以下58m。共划分为13274万个单元,20494万个节点。计算模型如图3所示。

本次安全评估采用三维计算模型(基于基坑工程临

图1摇基坑与地铁隧道平面关系

2摇安全评估模型分析

图3摇计算模型

摇

模型的上表面为地表(自由边界),其余各外表面

均约束(法线方向)。

图2摇基坑与地铁隧道剖面关系(单位:mm,高程单位:m)

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铁摇道摇勘摇察2019年第5期

2郾3摇围岩物性参数与结构参数如表计算参数

1、表2所示。

表1摇围岩物性参数

层号土类层厚黏聚力内摩擦名称角/(毅)1m(kN重度/m/3

)弹性模泊松

量/GPa比2杂填土/15郾10郾/kPa10郾003黏性土1郾19郾00郾4中砂2郾501郾2018郾050郾06100郾0郾429郾00519郾0郾0郾40郾40郾6030郾9郾90

6

黏性土

粗砂2郾90中砂2郾70—

6019郾00郾1119郾70

0郾110郾1550

0郾435郾0郾000030郾000郾44

0郾0080

11郾0030郾4000表2摇结构参数

结构名称

材料

(kN重度/m/3弹性模

量/GPa泊松比

厚度/m地铁隧道衬砌C30混凝土

25郾0)31郾00郾200郾30支护桩C25混凝土23郾028郾50郾200郾60喷射混凝土C20混凝土

22郾525郾00郾220郾05锚索

钢绞线

78郾5

210郾0

0郾30

—

2郾4摇基于评估方法

Midas/GTS岩土和隧道结构专用分析系统,

根据mohr鄄coulomb屈服准则[34]型模拟分析基坑施工引起的地铁区间变形,采用地层[5—6]结构模区间线路轨道结构的安全性,并根据行车安全的要求,评估

,

2郾综合各种影响因素5摇计算假定

,提出施工及监控量测建议。

分析(1),施工期间仅考虑正常使用工况既有地铁结构内力依据原设计标准进行计算,不考虑地震、人

防工况(2);

(3)假定既有地铁结构为线弹性材料假定新建结构;

合变形协调原则[7]为一种同刚度材料(4)通过刚度等效的方法;

、既有地铁结构及土体之间符[8];

,将既有地铁结构等效(5)假定基坑降水至设计高程下。

1m,并保证其他

2郾施工处于正常的控制条件下6摇根据基坑支护设计基坑开挖施工模拟

,首先施作围护桩,之后的施工

顺序为:淤开挖第一层土(开挖深度至2郾2m),施工第一道支撑(锚索+喷混+钢筋网);于开挖第二层土(开挖深度至4郾7m),施工第二道支撑(锚索+喷混+钢筋网);盂开挖第三层土(开挖深度至6郾7m),施工第三道支撑(锚索+喷混+钢筋网);榆开挖第四层土,挖至2郾设计基底7摇三维模型计算分析

。施工模拟见图4。

根据设计、施工步骤,分阶段模拟计算基坑、隧道、

图4摇基坑开挖至底层

摇

轨道道床的三维变形[9]三维变形计算(1)。

。以下展示隧道及轨道道床图5、水平位移计算结果

图6为隧道衬砌、轨道道床不同位置的水平变形情况,其中负值表示向基坑内偏移。

图5摇第四步开挖后隧道衬砌水平位移

图6摇第四步开挖后轨道道床水平位移

由图5可以看出,基坑开挖完成后,左侧隧道衬砌变形量远大于右侧-3郾,其中左侧隧道变形量为-5郾27~于隧道顶部52mm,最大变形量位于隧道底部;右侧隧道变形量为-3郾52,~最小变形量位

-2郾47mm,其最大、最小变形量对应部位与左线隧道一致。

由图6可以看出,基坑开挖完成后,左线轨道道床变形量为-3郾92~-3郾-5郾1227mm,~-3郾最大92、mm,最小变形量分别位于道床结

右线轨道道床变形量为摇

摇地铁隧道结构监测与安全评估综合研究:苏摇涛

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构的顶部和底部。

(2)竖向位移计算

床呈沉降趋势,沉降量为-2郾25~-0郾47mm;最大隆起量和沉降量均位于道床结构的最左侧位置。

图7、图8为隧道衬砌、轨道道床不同位置的竖向变形情况,负值表示沉降,正值表示隆起。

3摇地铁保护监测

竖向位移监测及轨道几何形态监测[10],沿隧道方向左右线按5~10m的间距各布置10个监测断面,每个断面设置2个隧道衬砌监测点、1个道床监测点,监测点布置如图9所示。图9中,1~10代表监测断面,每个断面布置3个沉降监测点、1个水平位移监测点,其监测点编号:L代表左线,R代表右线,LL代表左线隧道结构左侧,LZ代表左线道床,LR代表左线隧道结构右侧,RL代表右线隧道结构左侧,RZ代表右线道床,RR代表右线隧道结构右侧。水平位移监测采用“自由设站+小角法冶方案[1113],竖向位移采用二等水准测量方案[1415]。

基坑开挖期间,对地铁隧道及轨道道床进行水平、

图7摇第四步开挖后隧道衬砌竖向位移

4摇监测结果分析

本次监测从2013年12月开始,于2014年9月结束,共监测34期,根据各期监测数据,最终累计变化量

图8摇第四步开挖后轨道道床竖向位移

摇

统计如下(见表3)。

表3摇累计监测值统计

监测项目隧道水平位移隧道竖向位移轨距变化左、右轨高差变化

监测点号LZ04LL10RDM11RDM07

累计变化量-1郾251郾081郾001郾00

55-4~+2-4~+2

mm控制值

由图7可以看出,基坑开挖完成后左线隧道衬砌呈隆起趋势,变形量为+1郾79~+5郾08mm,左侧结构侧壁变形量远大于右侧,其隆起量最大位置为左侧结构侧壁的中心位置(离基坑最近位置)。右线隧道衬砌呈下沉趋势,沉降量为-2郾45~-0郾56mm,其最大沉降量也在左侧结构侧壁的中心位置。

由图8可以看出,基坑开挖完成后,左线轨道道床呈隆起趋势,隆起量为+1郾74~+4郾85mm;右线轨道道

摇摇注:控制值根据《沈阳地铁集团有限公司安全保护区监督管理办法》及安全评估计算综合制定。

由表3可以看出,在基坑施工期间,监测对象累计

图9摇监测点布置

12

铁摇道摇勘摇察2019年第5期

4郾变形量均较小1摇水平位移分析

,地铁区间隧道基本处于稳定状态。

以各断面各期累计变形量统计数据制作时间-累

计变形量曲线,如图10、图11所示。

摇图10摇左线隧道水平位移时间曲线

摇图11摇右线隧道水平位移时间曲线

由图10、图11可以看出,在基坑开挖初期,左、右线隧道结构水平位移监测点比较稳定,随着基坑开挖,隧道结构水平位移处于一个波动状态2至~-1+2~mm,,波动范围为-+1mm。随着基坑开挖至底部由监测点的最终收敛情况可以看出,监测点变形量收敛

。

,

4郾基坑开挖期间2摇根据各期监测结果竖向位移分析

,隧道结构的水平位移变形较小[16],分别对左、右线轨道道床和隧

摇道衬砌累计变形量进行统计,制作时间-累计沉降量

曲线,(1)如图12~图17所示。

由图道床竖向位移分析

12、图13可以看出,在基坑开挖初期,左、右线轨道道床竖向位移变形较小,随着基坑开挖的深入,轨道道床竖向位移处于波动状态,范围为-2~+2mm,大部分监测点呈沉降趋势,且监测点波动分散比较平均,随着基坑开挖至底部,左、右线道床竖向位移监测点均收敛至-1~+1mm。从监测点收敛情况来看,大

部分监测点处于隆起状态,且左线隧道隆起量整体大

摇于右线隧道。

图12摇左线道床结构竖向位移时间曲线

图13摇右线道床结构竖向位移时间曲线

(2)隧道结构竖向位移分析

图14摇左线隧道左侧结构竖向位移时间曲线

图15摇左线隧道右侧结构竖向位移时间曲线

地铁隧道结构监测与安全评估综合研究:苏摇涛

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图16摇右线隧道左侧结构竖向位移时间曲线

图17摇右线隧道右侧结构竖向位移时间曲线

由图14~图17可以看出,在基坑开挖初期,隧道结构竖向位移变形较小,随着基坑开挖的深入,整体呈波动状态,基坑开挖至底部后,整体呈收敛状态,与道床竖向位移变形规律基本一致。从最终收敛状态来看,左线隧道左侧结构、右线隧道左侧结构隆起量大于沉降量,左线隧道结构右侧和右线隧道右侧结构点位分散比较均匀,且最大沉降量稍大于最大隆起量。

5摇结论

开挖的深入(1)基坑开挖初期,变形逐渐增大,隧道整体变形较小,基坑开挖至底部及地下结,随着基坑

构施工时(2)安全评估和监测数据分析表明,整体呈收敛稳定状态。平、竖向变形规律基本一致水平位移影响小于竖向位移(3)由于基坑位于隧道左上侧。

:隧道衬砌水。基坑施工完成后,基坑开挖对隧道,对临

近基坑5郾隧道的影响呈隆起趋势,最大隆起量量为08-2郾mm,45对远离基坑隧道影响呈沉降趋势mm,且左线隧道变形大于右线隧道,最大沉降为+

,左侧结构侧壁变形大于右侧结构侧壁。

出变形对象的变化规律及变形值(4)合理选定安全评估模型可以较为准确地预测

,为后续施工及变形监测控制提供科学的数据基础,其数据还可以反向验证安全评估预测。

参

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