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1、 浅谈地铁隧道对城市道路沉降影响 摘要：地铁隧道修建过程中将会对既有城市道路沉降产生影响。以某地铁隧道施工为背景，应用FLAC3D有限差分软件对既有道路路面沉降进行数值模拟，并对路面沉降进行监测。数值模拟和现场监测结果均表明：随着新建地铁隧道的掘进，既有道路路面沉降值逐渐增大；新建地铁隧道施工引起的围岩应力释放范围越大，受影响范围内的道路路面沉降值越大；新建地铁隧道2倍洞径范围内，既有道路路面沉降受新建地铁隧道影响较大。关键词：地铁；隧道施工；道路沉降；研究引文地铁隧道施工过程会破坏地层原有的平衡状态，还会导致空间上的地层损失和地层变形，难免会对地表和既有路面产生影响。城市道路路面所受影响主要
2、表现为变形和沉降，如果不对这一影响过程加以合理的控制，将有可能影响城市道路的正常运行。本文以某地铁区间隧道顺行下穿某城市主干道工程为背景，对新建地铁隧道影响下既有城市道路的沉降规律进行研究。1工程概况某城市新建地铁隧道顺行下穿既有城市道路，新建隧道外径为6m，埋深14m，呈南北走向。新建地铁隧道采用马蹄形隧道，台阶法施工，掌子面采用全断面注浆。既有城市道路宽为56m，双向6车道，两侧各设1条非机动车道和1条人行步道，该道路为城市主干道，目前车流量和行人流量均较大。新建隧道顺行下穿既有城市道路，且位于既有道路中线以下14m处。新建工程影响范围地层由上至下依次为粉质黏土、粉砂和中砂，地层物理参数指
3、标如表1所示。工程场区内地下水位高21.4m，上部局部存在潜水，本次计算中不予考虑。2数值计算分析2.1计算模型建立本工程数值模拟采用FLAC3D有限差分软件进行建模分析，模型长宽高分别为30m、100m和50m，共计单元24844个、节点134447个。为了能在简化模型的基础上进一步优化网格得到最佳的计算效果，将新建隧道简化为圆形。模型中路面采用自由面，底部采用固定界面，侧面约束水平方向的运动，考虑土体自身重力作用。2.2计算结果分析数值模型建立完成后，按照既定的施工方案和支护方案进行数值模拟分析，在自重作用下隧道周围土体平衡后，先将所有的位移归零，然后借助于杀死单元命令对新建隧道开挖进行数
4、值模拟研究，每一步计算完成后开始施作衬砌结构，隧道每次循环进尺6m。本文取30m隧道的掘进过程作为研究对象，计算分析掘进6m、12m、18m、24m、30m等5种工况下新建隧道引起的道路路面沉降，并将沿隧道走向15m位置处的道路横断面作为计算分析断面，隧道自图中y轴0点开始掘进。给出了5种掘进工况下路面沉降云图，分析结果如下。（1）隧道掘进6m、12m、18m、24m和30m时，计算分析断面上既有道路的最大沉降值分别为2.62mm、4.77mm、6.12mm、7.18mm和8.44mm。（2）道路中心线两侧18m左右范围以外的路面沉降值小于1mm，表明新建隧道对道路中心线两侧18m范围以外的影
5、响较小。本工程中隧道埋深和隧道外径分别为14m和6m，说明本工程中岩土破裂角选取45是可行的。（3）新建隧道影响下，既有道路路面的沉降值沿y轴对称，表明新建隧道下穿施工对既有路面的影响符合Peck理论。（4）对比5种掘进工况下既有道路路面的沉降云图可见，随着隧道开挖掘进的进行，路面受影响范围和受影响程度均会增加。3路面沉降监测3.1监测方案为保证新建隧道施工过程中，既有道路路面沉降值及沉降速率在允许范围内，在路面上布设监测点，实时监测施工引起的路面沉降。路面沉降监测沿隧道掘进方向（道路方向）布设3个监测断面，3个监测断面的中间监测断面与4计算分析断面对应，另外2个监测断面与中间监测断面间距10
6、m，每个监测断面沿道路横向每隔1.52m布设1个沉降监测点。监测点采用钻孔布设方法，钻孔直径为108mm，孔深1.4m。钻孔完成后在孔底灌注混凝土并将钢筋插入孔底混凝土中，钢筋外套PVC管，PVC管管底位于孔底混凝土上方，最后采用细砂将孔壁与混凝土间的空隙填充密实。监测采用TrimbleDiNi03型电子水准仪和条码铟钢水准仪尺。隧道施工过程中监测频率为3次/天，根据相关规范要求，道路沉降控制值如下：隧道施工期间，在其影响范围内的路面最大沉降控制值为15mm，地表隆起控制值为5mm，地表沉降（隆起）位移最大速率控制值为2mm/天。3.2监测数据分析本文选取中间监测断面数据对隧道掘进过程中引起的
7、路面沉降进行分析，随着隧道掘进长度的增加，中间监测断面路面沉降值逐渐增加，当隧道掘进到30m时，中间监测断面路面沉降值达到最大，且发生在中间监测断面隧道中心正上方；新建隧道2倍洞径范围内既有路面的沉降值均大于4mm，可见新建隧道2倍洞径范围内路面受新建工程的影响较大。给出了隧道掘进30m时数值模拟结果与实际监测结果的对比。数值模拟最大沉降值8.44mm，实测最大沉降值8.15mm，差异值最大仅为0.29mm左右。可见，FLAC3D用于新建隧道施工引起的既有路面沉降规律研究是可行的。4结论（1）隧道施工过程中扰动了既有围岩应力的平衡状态，致使围岩产生变形，具体表现为隧道顶部围岩下沉和底部围岩隆起
8、，其中隧道中心线顶部的围岩沉降值最大。（2）随着新建隧道掘进长度的增加，既有路面的沉降值逐渐增大；新建隧道施工引起的围岩应力释放范围越大，受影响范围内的道路路面沉降值越大。（3）新建隧道2倍洞径范围内，既有路面的沉降值均大于4mm，表明新建隧道2倍洞径范围内受新建隧道施工的影响较大。Reference1张旭，张成平，韩凯航，等.隧道下穿既有地铁车站施工结构沉降控制案例研究J.岩土工程学报，2017（4）.2祝思然，黄佩格，矫伟刚，等.盾构近距离下穿既有地铁隧道沉降控制技术研究J.隧道建设，2016，36（2）.3梁建波.盾构下穿地铁隧道施工中对既有隧道沉降影响的分析D.广东广州：广州大学，20
9、16.4孟乔，张晓清.复合地层双线盾构上跨既有地铁隧道施工诱发地表沉降分析J.铁道建筑技术，2017（11）.5黄汉彪，徐松，税欢.地铁隧道穿越既有道路的沉降预测及加固措施J.城市建设理论研究（电子版），2017（12）.6武科，张文，吴昊天，等.上软下硬地层地铁隧道下穿既有城市道路的变形规律及控制措施研究J.现代隧道技术，2017，54（6）.7胡德华，段景川.上软下硬地层双线地铁隧道下穿既有城市道路地层变形规律研究J.防灾减灾工程学报，2017（12）.8张志刚，王津锋，曹影峰，等.下穿既有地铁线的城市地下高速公路沉降控制技术研究J.隧道建设（中英文），2018（6）.9丁智，朱少杰，秦建设，等.邻近建筑物盾构隧道开挖引起的地表沉降预测研究J.现代隧道技术，2016，53（4）. -全文完-
