徐海杰;杨昕砀;曹振源;赵文锦;袁钎钎
【摘 要】采用有限元方法,对双线隧道开挖导致的路面开裂位置进行了分析,并与实测结果作了对比,指出有限元方法可用于评估隧道开挖导致的上方路面开裂,对城市隧道开挖过程中的路面保护具有重要意义.
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2017(043)009
【总页数】2页(P146-147)
【关键词】路面;隧道;有限元模型;水平位移
【作 者】徐海杰;杨昕砀;曹振源;赵文锦;袁钎钎
【作者单位】郑州大学土木工程学院,河南郑州450001;郑州大学土木工程学院,河南郑州450001;郑州大学土木工程学院,河南郑州450001;郑州大学土木工程学院,河南郑州450001;郑州大学土木工程学院,河南郑州450001
【正文语种】中 文
【中图分类】U455
目前我国众多经济较发达的城市都在进行城市地铁建设，大量的盾构施工穿行于现有的市政道路之下。城市中修建地铁隧道不可避免会使地表发生移动和变形，过大的地表移动及变形会对地面建筑物、桩基以及地下管线产生重大危害，诸多学者在该方面进行了深入的研究[1-3]。
隧道开挖对公路的影响方面，段恩新[4]通过建立隧道—地基—路基相互作用计算模型，采用数值计算方法分析计算了隧道下穿深度、地层模量、泊松比及强度参数等因素与路基沉降变形规律之间的关系。对于城市地铁盾构隧道，由于施工区域主要存在于闹市区，且通常沿市内重要地面交通线进行布置。不可避免的对上部既有公路产生扰动，甚至导致上部路基路面产生开裂，严重影响上部道路的寿命及交通运行效率。针对该问题，本文通过有限元分析及现场实测进行研究，重点研究裂缝开裂的位置与隧道之间的关系。
模型长度200 m，土体深度共50 m,隧道埋深14 m，隧道直径为30 m。土体侧向约束水平方向位移，底部约束竖向位移(见图1)。
土体为郑州粉土，采用摩尔—库仑模型进行计算，弹性模量为20 MPa，泊松比为0.35，粘聚力为15 kPa，内摩擦角为25°。隧道衬砌为混凝土结构，弹性模量为32.5 GPa，采用弹性梁模型来进行计算。路面为沥青混凝土材料，与温度有关，在20 ℃下，采用弹性梁模型进行计算，弹性模量取为1 600 MPa，泊松比取为0.4。
有限元计算得到的位移云图如图2所示，双线隧道开挖导致的土体位移主要发生在隧
道上方。从图3路面位移及应变曲线中可以看出，路面最可能发生开裂的位置，也就是应变最大位置，约在两隧道中心(100 m)向外18 m左右位置处。
对郑州市某路段的部分裂缝进行测量，通过处理数据得出的结果如图4所示。
通过有限元分析图与计算所得的数据可以看出：路面实际开裂位置分布在两侧隧道附近，间距约为20 m，而通过有限元和绘图计算所得间距18 m左右。虽然模拟得到的规律和实际相比有一些差距，但是整体变化过程还是一致的。鉴于本文考虑的是理想状态下的沉降情况，可以看出通过数值模拟得到的结论具有一定的可靠性。
1)双线隧道开挖所产生的土体损失，导致上方公路路面发生不均匀沉降，进而产生裂缝，且裂缝出现在路面应变最大位置处；
2)通过本文有限元计算得到的路面裂缝与实测结果基本一致，可采用有限元方法对路面开裂问题进行评估。
【相关文献】
[1] 邹文浩.隧道开挖对周边房屋影响及大直径盾构开挖面稳定性研究[D].北京：清华大学,2012.
[2] 向卫国.隧道开挖引起地下管线变形和安全性状的研究[D].北京：中国铁道科学研究院,2011.
[3] 朱逢斌,杨 平,ONG C W.盾构隧道开挖对邻近桩基影响数值分析[J].岩土工程学报,2008,30(2):298-302.
[4] 段恩新.铁路隧道下穿施工引起高速公路路基沉降规律研究[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2013,26(2):41-45.
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