隧道降水施工对既有市政管线隧道的影响研究

石君锋

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司，武汉430000）

1 引言

我国的城市化进程越来越快，城市地铁与公路等基础隧道设施随之增加。隧道由于是新建的，不可避免在空间上近距离重合既有市政隧道，并伴有交叉或并行。施工是建设市政隧道时的关键影响因素，其中隧道降水施工对于隧道施工来说非常关键。因此，十分需要探讨降水施工对既有隧道的影响，保障正常使用既有隧道，并且灵活开展施工新建隧道，希望引起行业内的警示与提醒。

2 隧道降水施工对市政管线隧道的影响计算

2.1 降水施工过程模拟

按照实践中现场具体，模拟通过井点降水法，以及有限差分法与流固耦合完成计算。数据显示，距离降水井大概50m处，地表明显沉降，导致沉降差异。既有管线隧道的受力变化方面，交叉处波动最明显，沿隧道往两边慢慢变少并且均匀分布。在交叉处30m 左右，受力大部分来自于负值，这些都大大超过了混凝土最大的强度。假设地下水位在地表下面的5m深，在降水后的水位符合提前制定好的施工要求时，则不继续计算降水。

2.2 水文与工程地质条件

隧道周围土层从上到下依次是：卵石土、第四系全新人工填筑土粉质粘土、粉质粘土、更新统冰水-流水堆积层、松软土、砂、卵石土，下伏基岩是白垩系上统灌口组泥岩[1]。有两种类型的地下水，首先潜水松散土层孔隙，另外隙水基岩裂。大部分在上更新统中卵石土、砂里，非常容易渗透，里面水量多，形成了完整的含水层，含水总体厚度达到4～25m，有些区域因为控制地形与上覆粘土，承压性不强。大多数还是需要大气降水与地表水补充水分。此次勘察中钻孔水位在2～8m 深。

2.3 计算参数

按照相关地质资料与提前制定好的工程计划方案，有围岩和既有市政管线隧道的计算参数。

2.4 计算模型

①降水施工影响区域模拟。此次通过计算二维模型，降水井深大约在地表往下23m 深，水位为地表往下4m 深。模型土层大约厚40m，宽300m，降水井大致位置于模型方向5m 的地方。模型土体都是选择的实体单元。②模拟降水施工对既有市政管线隧道的影响。此次通过计算三维模型，上部市政管线隧道和下部新建隧道，同一水平面上差不多正交，管线隧道大约高4m，底部距隧道初期支护大约有2m。模型计算范围：上部管线隧道往上60m，下部开挖隧道往下40m，土层大约厚60m；降水井与地面的距离是23m，水位在地下4m 深。模型中的初期支护与围岩、二次衬砌等全部选择实体单元。模型的边界条件比较大地受到水平局限，下边界是竖着局限，上边界相对来说不受约束。

3 数值计算结果分析

在降水井的周边，沉降地表最多，降水井半径越大，地表波动越稳定：①降水井上面1m 地表沉降最多；②水井半径越大，沉降地表少得越快，半径有50m，地表越稳固；③降水井半径超过90m，地表沉降基本持平。降水结束，新建隧道与周边水压力接近于零。两个隧道交叉的地方，既有管线隧道波动最剧烈，沿隧道竖着往两边逐渐变少。降水越来越久，交叉地方纵向波动越来越多，降水初始增加波动越来越快，速率较大，随着时间的增加，位移下沉变慢。一开始的支护和二次衬砌拱顶与仰拱结构基本一致，没什么差别，其中波动也并无二致。

4 结语

①水井距离半径越大，沉降地表越慢降低，半径在50m时，沉降地表较平稳趋于稳定。可以知道，距离降水井半径不超过50m 时，沉降地表有着很大波动，沉降差异很容易出现，影响到周边建筑结构。②降水越来越久，既有管线隧道结构波动与受力也越来越大，刚开始降水增加明显很快，随之明显变慢[2]。③既有隧道初期支护与二衬波动及受力在降水施工的影响下规律很是接近，交叉点纵向波动最多，大概在22m 左右，位移沿隧道竖直往两边慢慢降低并且均匀分布。④降水施工导致既有隧道中间和两边沉降差异大概是7mm，而规范数据是5mm，因此是符合要求的。⑤交叉位置既有管线隧道两边受力基本分布均匀，交叉点不超过30m 的位置，拱顶竖直受力基本是负值，而仰拱竖直受力基本是正值。⑥最开始上部管线隧道支护仰拱，其最大受力是3MPa，在C25 以上喷射混凝土，最大强度是1.3MPa；二次衬砌拱顶时最大受力是3MPa，在C30以上混凝土，最大强度是2.5MPa。降水施工非常能够影响到上部既有管线隧道，因为不平均导致管线隧道不完整，因此，如果没有特殊辅助，不建议实施降水。