基于人防结构的电力隧道开挖设计及施工变形分析

基于人防结构的电力隧道开挖设计及施工变形分析

0电力隧道开挖施工实际应用随着城市的发展，地表资源变得越来越紧张，土壤交通变得越来越拥挤。这就决定了地下空间的重要性。解放碑城市中心区的地下快速方案是希望将整个解放碑的交通放入地下,缓解地面交通压力,形成整体的商业步行空间本文以重庆解放碑地下停车系统工程下穿银座商场主通道下的新建电力隧道为工程背景,提出从现状人防结构路面下开挖电力隧道的设计方案,经过现场检测得到人防结构现状参数,结合有限元数值技术模拟电力隧道施工过程,分析电力隧道开挖施工引起的近接建筑物基础变形情况1项目总结1.1地下空间改造重庆解放碑地下停车系统工程属于市政设施领域的交通工程,包括“一环六射N连通”,由地下主通道与联络支线以及车库间联络线将解放碑CBD区域N个地下车库连成一体,形成一个管理统一、技术先进、运行高效的地下停车系统。其中,项目一期工程主要是临梯干道原人防工程改为停车场的改造工程,北起临江门,向南经过较场口、十八梯到达解放西路与中兴路交叉路口,地上地下构筑物均比较密集。为了满足地下停车系统工程运营需求,需对渝中区解放碑地下停车场改造一期主通道K0+090~K0+430段,在不破坏原人防结构条件下,从人防结构路面开挖电力隧道,并根据路面改造设计要求重新回填施作路面以通行车辆。1.2中厚金质岩结构工程场区出露的地层主要为侏罗系中统上沙溪庙组(J2s)沉积岩层。银座商场基础置于砂岩之上,人防结构K0+220~K0+240区间段置于砂质泥岩之中,该区间地层情况由上至下分别为砂岩和砂质泥岩。砂岩:灰褐色、灰色,细粒结构,中厚层状构造,钙质胶结。主要矿物成份有:石英、长石。强风化层厚度为0.50~1.20m,强风化岩心多呈,碎块状、短柱状;中风化岩心呈柱状、长柱状,中等风化岩体完整性系数为0.68~0.76,岩体弹性纵波速度为3072~3558m/s,岩体的完整性主要呈较完整。岩石单轴饱和抗压强度为19.5~28.5MPa,属较软岩。砂质泥岩:紫色、紫褐色,粉砂泥质结构,中厚层状构造。主要矿物成分为粘土矿物。表层强风化带一般厚度为0.50~1.50m,强风化岩心呈碎块状,风化裂隙发育;中风化岩心呈柱状、长柱状,中风化岩体完整性系数为0.62~0.76,岩体弹性纵波速度为2966~3290m/s,岩体主要呈较完整。岩石单轴饱和抗压强度为2.9~7.9MPa,属软岩。1.3主通道隧道混凝土结构项目一期工程主通道隧道K0+000~K0+444.5属于完全利用既有人防隧道段。一期工程主通道K0+220~K0+240段下穿银座商场,其为6层高的混凝土结构,位于主通道隧道正上方,采用厚2m的筏板基础,基础底标高248.0m,距主通道竖向最小间距为10.1m。新建电力隧道顶标高与既有人防结构主通道路面标高一致,位于近接建筑物正下方,与建筑物基础竖向最小间距为17.8m。渝中区解放碑地下停车场改造一期主通道近接建筑物如图1,一期工程主通道下新建电力隧道与银座商城平面位置关系如图2,一期工程新建电力隧道与银座商城纵断面位置关系如图3。2电力隧道的铺设对于渝中区解放碑地下停车场改造一期主通道K0+090~K0+430段,在不破坏原人防隧道结构的条件下,从人防隧道路面开挖电力隧道,并根据路面改造设计要求重新施作路面以通行车辆。新建电力隧道内轮廓为2.4m×2.1m矩形,衬砌厚度为40cm,开挖后按1m×1m梅花形打入直径22mm普通砂浆锚杆,并紧贴围岩施作垫层,设计方案如图4。3k0+处理情况图2为了得到既有人防结构的现状参数,对解放碑地下环道人防隧道K0+090~K0+430段既有人防隧道工程结构进行了专项检测,检测结果表明(1)解放碑地下环道人防隧道K0+090~K0+430段衬砌结构共有2条斜向裂缝,长0.8m;共有30处渗漏水,其中渗水痕迹8处,检查时湿润22处。(2)解放碑地下环道人防隧道K0+090~K0+430段衬砌混凝土抗压强度为15.6~46.9MPa,离散性较大,衬砌混凝土最低强度为15.6MPa,位于K0+240右边墙处,该段衬砌混凝土弹性模量为2.14×104N/mm(3)按10m间距提供测点厚度值,检测段落衬砌结构厚度为48~111cm,最薄处衬砌结构厚度为48cm,位于K0+300左拱腰处。(4)解放碑地下环道人防隧道K0+090~K0+430段共有6处脱空,其中最大脱空长度达1.5m,共3处(右拱脚1处、右边墙偏下2处)。(6)解放碑地下环道人防隧道K0+090~K0+270段(长180m)衬砌结构外侧配有单层钢筋。(7)解放碑地下环道人防隧道K0+090~K0+430段路面基底下共有7处不密实,其中最大不密实长度13.0m,位于右行车道中线路面基底下;路面基底下共有10处脱空,其中最大脱空长度2.5m,位于右行车道中线路面基底下。4元模型与计算条件4.1模型计算及网格剖分主通道K0+220~K0+240区间段最大二衬厚度为93cm,最小二衬厚度为91cm。本次分析计算对K0+220~K0+240区间段人防结构按照90cm厚、新建电力隧道衬砌按照40cm厚及下穿建筑筏板基础200cm厚进行三维建模计算。计算模型及网格剖分如图5,银座商场的筏板基础和围岩采用实体单元模拟,人防隧道衬砌和新建电力隧道衬砌采用shell单元模拟,结构位置关系如图6。根据圣维男原理,计算模型中岩体范围取隧道周围3~5D(D为隧道最大尺寸),不影响计算结果的可靠性,故取高度40m、宽度80m,长度100m。模型单元总数为363542、节点数为68257。4.2道k0+200k0+400段衬砌混凝土本次计算区域人防隧道围岩主要为砂岩和砂质泥岩,围岩级别为Ⅳ级。根据衬砌混凝土芯样抗压强度试验成果可知,主通道K0+220~K0+240段衬砌混凝土最大抗压强度为17.0MPa,最小抗压强度为16.5MPa。假设计算区域内的既有人防隧道衬砌支护参数为:既有人防隧道衬砌结构采用900mm厚C30混凝土。根据业主提供的电力隧道衬砌断面图可知,新建电力隧道二次衬砌采用400mm厚C30混凝土。有限元计算采用的单元类型及材料参数如表1。4.3施工模拟研究为全面分析新建电力隧道对既有建构筑物的影响,本文分3个阶段、7个步骤进行计算模拟。第一阶段:围岩自重应力场模拟。第二阶段:既有建构筑物施工模拟,包括:①开挖人防结构;②施工人防结构支护;③施工银座商城筏板基础;④施加建筑荷载。第三阶段:新建电力隧道施工模拟,包括:①从既有人防结构路面下开挖电力隧道;②施工电力隧道衬砌。5结论分析5.1建筑基础应力分析电力隧道衬砌后建筑基础最大主应力和最小主应力分布情况分别如图7和图8。电力隧道施工后,建筑基础最大主应力0.02MPa,最小主应力0.07MPa。建筑基础最大主应力0.02MPa<1.47MPa(C30抗拉强度设计值),最小主应力0.07MPa<16.5MPa(C30抗压强度设计值),建筑基础安全。5.2近接建筑物基础位移分析电力隧道衬砌后近接建筑物基础水平位移和竖向位移分布情况分别如图9和图10。电力隧道施工后,由电力隧道施工引起的近接建筑物基础最大水平位移出现在基础边界处,为0.1mm;最大竖向位移出现在基础中间区域,为0.2mm。由分析后的结果可知,近接建筑物基础变形较小,电力隧道开挖施工对近接建筑物的影响较小,近接建筑物基本处于稳定状态,结构安全。6建筑基础应力值银座商场为6层高的混凝土结构,既有人防隧道K0+220~K0+240段下