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摘要：以某海外地下人行隧道远期预留出入口工程为背景，对浅埋顶管隧道远期预留出入口进行方案设计，并采用数值方法模拟远期出入口施工对浅埋顶管隧道的影响，并对隧道侧向开洞进行分析，为类似工程案例提供参考。
关键词：浅埋；顶管隧道；预留出入口；施工；影响分析
0 引言
随着我国城市化进程的推进，新建及存量隧道越来越多，新建隧道可能会碰到施工控制不当，需要局部拆除管片，也可能结合隧道修建，扩挖修建车站。而存量隧道中，往往会遇到隧道管片病害，需拆除的情况，或是后期运营功能调整，要局部增设出入口的情况。本文以某海外浅埋顶管隧道预留远期出入口工程为案例，对远期增设出入口施工及隧道侧向开洞进行分析，为类似工程案例提供参考[1]~[6]。
1 项目概况
某海外国际机场至火车站地下人行通道工程下穿现状铁路路基段及机场高架段隧道长约72m，采用顶管法施工。在隧道中间部位预留5号出入口，远期连接BRT机场站。
2 工程设计方案
（1）工程、水文地质情况
拟建区域主要为灰色漫滩土、红棕色冲积土和灰色冲积土，地层软弱，工程地质条件复杂，地层上部以粘性土为主，下部以砂层土为主。地下水位较高，雨季地下水位达到或接近地面，旱季一般在地表以下3.0米左右。
（2）设计方案
顶管段隧道埋深3.5m，普通顶管段采用矩形整体式钢筋混凝土结构，内净尺寸6.4mx4.3m，顶管壁厚0.55m，管节宽为1.5m。预留出入口断面内净尺寸为10.55m×3.85m，出入口最大埋深12.02m，采用SMW工法桩加钢支撑的围护形式，其中最深处为三道钢支撑，支撑水平向间距3m，纵向间距4.0m。
混凝土管片纵向连接较弱，预留出入口开洞需在同一环管片上，单环管片长度需达到12m左右，体型巨大，自重较重，给管片的吊装、运输、场地带来较大的麻烦，且需增大顶管工作井的尺寸，增加工程造价。预留出入口段拟采用钢管片，管片分为三节来拼装，纵向总长度12.55m，管片间采用螺栓连接。管片设计如下图1、图2所示：
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图1 钢管节环向立面图
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图2钢管节纵向、环向剖面图
3 计算假定与计算模型
采用岩土工程有限元软件Midas GTS NX建立三维有限元模型，对远期出入口施工以及隧道开洞进行分析。
（1）模型假设
①假定土体为各向同性的理想弹塑性体且各土层均匀分布服从Mohr-Coulomb屈服准则，本构模型选用修正摩尔库伦模型。
②不考虑混凝土管片环之间纵向以及横向连接，对管片整体的刚度进行折减，其中刚度折减系数取为0.8。
③钢管片通过刚度等效采用2D板单元进行模拟。
④不考虑地下水位影响。
（2）隧道变形影响分析
出入口基坑分为四个施工步依次进行，第一施工步开挖至地面以下2m，并施作第一道支撑，第二施工步开挖至地面以下5m，施作第二道支撑，第三施工步开挖至地面以下8m，施作第三道支撑。第四施工步开挖至坑底，基坑施工完成。基坑施工完成后，隧道变形如下图3、图4所示：
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图3 基坑开挖后隧道竖向位移图 图4 基坑开挖后隧道水平向位移图
出入口基坑施工过程中，隧道整体发生上浮，最大上浮量2.02mm，以出入口为中轴线，上浮量向两侧逐渐递减，一倍基坑深度范围以外，隧道变形影响基本为零。
出入口基坑施工阶段，隧道最大水平向位移为0.39mm，变形以出入口基坑为中轴线向基坑方向发展，影响范围与上浮影响范围相当。
（3）隧道受力影响分析
远期出入口施工前、后钢管片最大主应力图如下图5、图6所示。远期出入口施工前钢管片最大主应力为256.0MPa，远期出入口施工后钢管片最大主应力为258.7MPa，可见远期出入口施工对隧道受力的影响相对较小。
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图5 施工前钢管片最大主应力图 图6 施工后隧道钢管片最大主应力图
隧道开洞后钢管片最大主应力图如下图7所示。
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图7 开洞后隧道钢管片最大主应力图
隧道开洞后，最大主应力加大到294.0MPa，较开洞前增大35.3MPa，最大主应力位于侧墙与顶板的交角处，存在局部应力集中的趋势。总体来看，最大主应力能满足Q345钢材的设计要求，有一定的安全储备，能满足工程要求。
4 结论
（1）远期预留出入口范围采用钢管片，便于管片吊装、运输、减小工作井尺寸，降低工程造价。
（2）远期预留出入口施工对浅埋顶管隧道的整体扰动相对可控，隧道最大上浮量为2.02mm，最大水平位移0.39mm，远期出入口基坑施工时注意分区、分段，以尽量减少对隧道的扰动。
（3）远期预留出入口施工对盾构隧道的受力影响相对较小。隧道开洞改变结构受力体系，隧道钢管片最大主应力加大到294.0MPa，局部产生应力集中趋势，可考虑角部适当加强。但隧道开洞能满足Q345钢材设计要求。
参考文献：
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