摘要：现如今我国城市轨道交通发展迅速，城市中的地下隧道工程与日增加。市政管道建设及开挖施工得到了很多工程的应用，适用于一些交通繁忙、地下管线密集的地区。所以顶管及开挖施工不可避免地会对地铁隧道产生影响。本文以某工程为例，模拟市政污水管道顶管及开挖施工过程，探讨其对下部地铁隧道的影响。
关键词：市政污水管道；顶管；开挖；地铁隧道；影响
我国城市化的步伐在不但加快，轨道交通技术也在趋于成熟，很多城市在开始了地铁的建设。通常情况下，地铁经过位置地面建筑物繁多，交通拥挤，管线十分密集。大型的市政管道经过时，如果使用明挖的方法将会造成较大的影响[1]，不具有可行性，因此顶管及开挖施工得到了各工厂的广泛应用，能够有效解决上述问题。但是在施工的过程中难免会对周围构筑物产生影响，例如地下管线、地铁隧道等。
1.工程概况
某市政污水管道位于道路下，道路的宽度为15m，道路两旁均为商业性建筑，地下管线十分密集，拟建管道下方位置具有两条地铁隧道，隧道上方的覆土厚度约为10m。本工程采产品样本制作
用顶管及开挖施工方式，使用材料为钢筋混凝土圆管，管道埋深4.6m，通过隧道上方穿越，呈垂直关系，采用施工设备为泥水平衡式圆形机头，机头的直径为1460mm，管道和隧道之间的距离为5.4m。明挖铺设管道使用材料为球墨铸铁管，埋深为3.3m，在隧道上方进行敷设，呈平行关系，管道沟槽的宽度为2.4m，使用形式为钢支撑支护形式，桩长为5m，低固端深度为2.7m，隧道和管道之间的距离为7m。
2.施工现场地质条件
通过地质勘探详细报告克制，该工程管道沿线为阶地地貌条件。按照施工勘探的深度可将现场氛围5个工程地质层和10个工程地质亚层。现场地质主要由填土、粉质黏土、风化泥质粉砂石等组成，浅层地下水均为潜水，对工程产生一定的影响。大气降水、地表水通过蒸发及渗流的方式进行排泄。勘探的过程中根据钻孔测量可知潜水初见水位的埋深在1.50-2.20m，其对应的标高为7.70-19.85m；稳定水位埋深为1.40-2.00m，其对应的标高为7.80-19.60m。地下水位年变化幅度约为1.0m。施工现场类型为II 类。表1为土层物理力学参数。口香糖电池
表1 土层物理力学参数
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3.数据模拟分析
3.1建模 与该工程具体情况及工程特点结合，根据土层条件、管道施工、区间隧道分布信息，建立三维有限元分析模型，计算及分析数值。将摩尔-库伦膜性应用于土体膜性，在土地中嵌入地铁区间隧道，将水平位移约束施加于左边界和右边界，将水平及竖向位移约束施加于底部，确保顶部的自由性。整体模型包含大量的单元及节点。根据工程经验及理论分析结果，取得土体范围为185m（长度）×115m（宽度）×30m（深度）。土体和隧道在初始应力的作用下为出现变形情况，分析土地弹塑性是否发生变形，在进行模拟时应剂量和工程具体情况相符。但是因为数值模型建模的展开，进行了相关简化处理，但是整体过程模型基本同实际情况相符。可将计算环节划分为4个荷载步骤，详细如下：第一，土体受到重力初始的作用出现变形，表现为位移置零；第二，建立地铁区间隧道；第三，进行管道顶管施工；第四，钢板桩施工；第五，开挖基坑[2]。
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3.2.1顶管施工环节区间隧道位移
通过顶管施工计算能够得出地铁区间隧道位移数值，左、右行线的隧道变化规律基本相同。在顶管施工的过程中，压力对掘进面产生作用导致掘进面位置的土体受到挤压而变
形，隧道的水平位移方向和顶推力的方向相同，根据测量可知最大水平位移距离为0.18mm。从隧道上方穿越顶管掘土的过程中，卸除土地，附近土地向着管道的方向位移，根据测量可知隧道竖向最大位移距离为0.34mm。隧道位移受到顶管顶进的影响，主要表现在管道投影的区间内，顶管顶进对管道边线以外隧道结构整体影响较小。现场具体施工的过程中为了减少顶管对土体的影响，在管道和土地中间的空隙中注入泥浆，顶进和压降同时进行，使外围土体和管道之间产生泥浆套，达到缓解土体压力的目的[3]。
3.2.2基坑开挖过程中区间隧道位移
顶管施工结束后，通过基坑开挖施工计算能够得出地铁区间隧道位移值。基坑开挖过程中需要卸载土地，严重破坏隧道同土地之间的平衡，导致基底土方形成的压力被释放，致使地基土方隆起，隧道也会上浮，通过检测可知最大水平位移距离和竖向位移距离分别为0.43mm和9.68mm。因为隧道顶部和基坑底存在土层，土体变形量较小，不会对隧道产生较大影响，因此能够满足结构控制需求[4]。
3.2.3现场施工分析
在施工现场进行全面监测，监测的主要内容包括地面沉降情况、围护结构、周围建筑物及隧道位移情况，对监测结果进行全面分析，顶管施工对土体的影响较小，隧道结构并
未出现任何位移现象。开挖基坑和敷设管道的过程中，沟槽的开挖长度增至140m，并且路面顺沿沟槽的方向出现裂缝，裂缝长度为2cm，根据测量可知竖向位移的距离为0.9mm。为了能够进一步降低施工队周围环境产生的影像，应合理调整施工方案，完成一段开挖后便立即进行回填，确保基坑的敞开长度≤60m，如果基坑周围存在重型车辆通行的情况，应严加控制。同时要合理选择辐射污水管材的材料，尽量选购球墨铸铁管，将该材质与钢筋混凝土材质进行对比，前者管道基础施工更加简便高效，能够有效缩短回填的工期，使沟槽底部暴露的时间大幅减少，防止土地再次发生上浮。施工后期进行再次检测，可知隧道最大竖向位移距离为0.76mm，同之前比较下降明显，能够满足城市轨道交通隧道结构关于变形控制的要求。测量结果符合基坑开挖模拟结果，存在一定差异的主要原因包括下述几点：第一，施工现场具有一定的复杂性；第二，重型车辆的影响、钢板桩荷载影响；第三，数值模拟具有局限性。
结语：
本工程中顶管及开挖施工的市政污水管道管径较小，并且同区间隧道结构相距较远，施工环节隧道结构及地铁运行并未出现任何问题，工程安全性较强。顶管施工的过程中，
顶管对土地产生一定影响，并且管道和土壤间拥有较大间隙，施工环节要做好注浆处理，降低影响。基坑开挖会导致隧道结构发生变形，所以在这一环节应综合考虑多方面因素，加强控制。最后，在排水工程中应合理选购管道材料，优化工序，缩短基坑卸载后的敞开时间。
参考文献：
[1]王涛,余建民.基坑开挖对邻近既有下穿顶管隧道的变形影响分析[J].水利与建筑工程学报,2019,17(6):200-204.
[2]李靖.基坑开挖对邻近既有下穿顶管隧道的变形影响分析[J].中国金属通报,2020,(2):293,295.
[3]安关峰,王谭,司海峰, 等.施工顺序及不同管材对双层顶管隧道施工 引起地表沉降的影响研究[J].现代隧道技术,2019,56(4):119-126.
[4]许有俊,梁玮真,刘忻梅, 等.大断面矩形顶管隧道开挖面土体稳定性研究[J].现代隧道技术,2017,54(5):70-77,85.
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