重庆市轨道交通（集团）有限公司 重庆 401120
摘要：本文以某新建轨道交通A号线某区间隧道a的施工为例，具体介绍了其施工过程对某既有轨道交通B号线某区间隧道b的影响，评价了在隧道a的施工过程中，隧道b结构的安全性，从而为这一类项目的施工及安全评估提供了一定的借鉴经验。
关键词：轨道交通；区间隧道；施工影响；评估
某新建轨道交通A号线一期工程某区间隧道（以下简称隧道a）与某既有轨道交通B号线某区间隧道（以下简称隧道b）并行。隧道a主要采用复合式TBM工法施工。
根据隧道a和隧道b的相关资料可知，隧道a位于隧道b的控制保护区范围内，需要对隧道a施工影响范围内隧道b的结构安全性进行评估。主要对于隧道a施工影响范围内隧道b的结构内力、变形进行计算，评价隧道b结构的安全性。从而为这一类项目的施工及安全评估提供一定的借鉴经验。
一、工程概况
某新建轨道交通A号线一期工程某区间隧道a为双洞单线隧道，起讫里程桩号为右K13+147.505～右K13+941.026，全长793.521m。其左右线间距小于9m，属小净距隧道，里程右K13+147.505～右K13+284.000段（长约136.500m）与右K13+781.426～右K13+941.026段（长约159.600m）左右线平面上重合、局部空间上重叠；其中轨面左线纵向坡率-2‰～-23.41‰，起讫点设计高程分别为271.522、255.740m，相对高差15.782m；轨面右线呈“人”字坡，纵向坡率在2‰～4‰间，起讫点设计高程分别为263.405、263.520m，里程桩号右K13+550处最高点轨面设计高程为264.663m，相对高差1.258m。在右线里程K13+842.467、左线里程K13+926.577分别设置TBM始发井，其断面为11.12×17.12m。
平面相对位置关系：
隧道a与已投入运营的隧道b平行，隧道左右线逐渐从上下重合变为平行。起点里程ZDK21+024.018，两线左右隧道结构外侧最小水平间距均为14.4米；随隧道左右线分开，隧道a与隧道b结构外侧最小间距逐渐减小，左右线之间间距不再统一，隧道a左线与隧道b左线水平间距减小为6.9米，与隧道b右线水平间距为21.88米。
竖向相对位置关系：
隧道a在ZDK21+024.018~155.489段与已投入运营的隧道b在水平关系上基本平行。其轨面标高一致，竖向高差为0；随着左右线分开，隧道高程逐渐调整，隧道a左右洞高程差逐渐减小，与隧道b之间出现相对高差。
二、评估范围及内容
对于隧道a施工影响范围内隧道b的结构内力、变形进行计算，评价隧道b结构的安全性。
根据相关资料，本次评估的里程范围为：ZDK19+710~ ZDK19+760、ZDK20+160~ ZDK20+210、ZDK20+620~ ZDK20+670、ZDK21+070~ ZDK21+120。
三、计算方法研究及部分评估结果
由于篇幅的限制，在这里简要介绍下ZDK19+710~ ZDK19+760段的结构安全性评估。
3.1、计算准则研究
由于摩尔-库仑准则存在许多缺点，如没考虑中间主应力的影响，在三维主应力空间的屈服面为不规则的六角形截面的角锥体表面，在平面上的屈服曲线为不等角六边形，存在尖顶和棱角，给数值计算带来困难。因此本工程选用MIDAS/GTS软件中有的德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）准则并进行适当修正来进行计算。
德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）考虑了中间主应力的影响，在三维主应力空间的屈服面为光滑圆锥面，在平面上的屈服曲线为圆形，一方面克服了库仑准则在角点处导数不连续的问题，另一方面也很容易与库仑准则结合起来确定计算参数。因此目前在岩土工程界应用最为广泛。
Drucker-Prager弹塑性模型屈服面的表达式为：
研究表明，当采用外接圆时，计算结果与实际有较大的误差，计算结果偏于不安全，而采用内接圆时，计算结果又偏于保守，又会造成不必要的让费。因此徐干成、郑颖人（1990）提出了M-C等面积圆D-P屈服准则，用来代替传统摩尔-库仑准则，该准则要求偏平面上的摩尔-库仑不等角六角形与D-P的圆面积相等，计算表明与摩尔-库仑准则十分接近。因此本次计算采用摩尔-库仑等面积圆D-P屈服准则。
3.2、计算模型说明
为了计算分析隧道a的施工对隧道b的影响，采用通用有限元软件MIDAS-GTS进行模拟分析，以分析隧道a ZDK19+710~ ZDK19+760区间隧道施工过程中隧道b的变形和内力变化规律。
计算模型左右水平计算范围取3~5倍的隧道直径，垂直计算范围为向下取3倍隧道直径。最终得到计算模型长100m，宽100m，高为50m左右。计算模型见下图：
除去必要的物理参数外，隧道a衬砌为C40钢筋混凝土，设计厚度为50cm。隧道b衬砌为C40钢筋混凝土，设计厚度为30cm。根据《地铁设计规范》（GB50157-2013），设计考虑衬砌结构承担100%荷载。
2、施加荷载
（1）结构及岩土体自重。
（2）岩土体开挖或回填引起的围岩释放荷载。
3、边界条件
计算模型底面边界条件为固定约束，左右侧边界条件为约束X方向的自由度，前后侧边界条件为约束Y方向的自由度，地表为自由面。
4、模拟施工步骤
整个项目工程拟采用5个施工阶段步对施工过程进行模拟：
施工阶段1——自重应力作用下围岩的初始应力场；
施工阶段2——B号线区间隧道的开挖；
施工阶段3——B号线区间隧道衬砌结构的施作；
施工阶段4——A号线区间隧道的开挖；
施工阶段5——A号线区间隧道衬砌结构的施作。
3.3、位移分析
1、隧道竖向位移分析
为了更好地分析隧道a（ZDK19+710~ ZDK19+760）区间隧道的施工对隧道b竖向位移的影响，主要研究区间隧道的拱顶沉降和拱底隆起的变化。下图为不同施工阶段，隧道b结构的竖向位移变化。
图3.3-1围岩竖向位移云图
由上图可知，隧道a施工前，隧道b结构最大沉降量为2.76mm，最大隆起量为2.30mm；隧道a施工后，隧道b结构最大沉降量为2.63mm；最大隆起量为2.72mm。
工程施工引起的车站拱顶沉降和拱底隆起量符合相关标准中对轨道线路的静态几何尺寸容差值。
2、隧道水平位移分析
（b）A号线施工后
图3.3-2 围岩水平位移云图
由上图可知，隧道a施工前，隧道b结构水平位移最大值为1.41mm；隧道a施工后，隧道b结构水平位移最大值为1.69mm。
工程施工引起的隧道水平位移量符合相关标准中对轨道线路的静态几何尺寸容差值。
3.4、隧道结构内力分析
1、弯矩
根据计算结果，隧道a施工前，隧道b的弯矩最大值为75.99kN·m，隧道a施工后，隧道b的弯矩最大值为70.54kN·m。
2、轴力
下图为不同施工阶段隧道b结构轴力分布变化情况。隧道a施工前，隧道b的轴力最大值为499.39kN，隧道a施工后，隧道b的轴力最大值为420.89kN。
从以上验算结果可知，隧道b在隧道a施工前后安全系数均大于2，裂缝宽度均小于0.2mm。由此判定隧道b衬砌结构的截面及配筋满足承载能力和正常使用的要求。
四、研究结论
通过对某新建轨道交通A号线某区间隧道a的施工引起某既有轨道交通B号线某区间隧道b衬砌结构内力和变形的变化，采用有限元数值模拟计算，得出以下结论：
1、某新建轨道交通A号线某区间隧道a施工前后，某既有轨道交通B号线某区间隧道b的竖向和水平位移满足轨道线路的允许变形。
2、某新建轨道交通A号线某区间隧道a施工前后，某既有轨道交通B号线某区间隧道b的原截面和配筋满足承载力的要求。
五、结语
随着城市化的发展，轨道交通建设也在日新月异地发展。如何避免新建线路对既有线路的影响并保证既有线路的安全性，这是一个需要提上日程的课题。本文以某新建轨道交通A号线某区间隧道a的施工为例，通过对计算准则的研究，采用通用有限元软件MIDAS-GTS进行模拟分析，具体介绍了其施工过程对某既有轨道交通B号线某区间隧道b的影响，评价了在隧道a的施工过程中，隧道b结构的安全性，从而为这一类项目的施工及安全评估提供了一定的借鉴经验。
参考文献
[1]隋修志.隧道工程.北京.中国铁道出版社，2010.
[2]关宝树.隧道力学概论.成都.西南交通大学出版社，1993.
[3]夏永旭.隧道结构计算与分析.西安公路交通大学讲义，1995.
[4]徐干成，白洪才，郑颖人，刘朝.地下工程支护结构.北京.中国水利水电出版社，2002
作者简介
姓名：江斌
性别：男
工作单位：重庆市轨道交通（集团）有限公司
论文作者:江斌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/18
标签：隧道论文; 结构论文; 轨道交通论文; 位移论文; 里程论文; 准则论文; 区间论文; 《建筑学研究前沿》2018年第25期论文;