地面超载对下方地铁隧道二衬结构的影响

某项目位于某市火车站东侧，由于地铁一号线隧道结构位于基坑东侧，隧道上方的空地靠近项目施工场地的一个出入口处，基坑施工过程存在超载的条件，且发现存在混凝土搅拌运输车、混凝土泵车以及出土车出现在该空地。
因此，本文采用数值模拟[1-3]手段，分析隧道上方超载的作用对下方地铁隧道二衬结构的受力影响，为了便于计算模型取为大面积超载40kPa，以确保地铁隧道的结构安全，确保地铁的正常运营。

1 工程概况
项目设两层地下室，局部为三层，基坑工程周长约为766.5m，开挖面积约为29393m2，基坑整体开挖深度为8.4～14.7m，与北侧A1 区基坑的最小水平距离约为35.0m，如图1。
项目基坑工程采用了多种基坑支护形式，主要包括：放坡加土钉、双排桩、角撑和排桩加锚索。其中基坑北侧GH区段采取φ1 2 0 0 @14 0 0 钻孔桩 + 3 道预应力锚索，基坑北面 J K-1 区段采用φ12 0 0@14 0 0 钻孔桩+3道角撑支护；基坑北面JK-2 区段采用φ1200双排旋挖桩支护，前排桩（φ120 0@14 0 0）+后排桩（φ12 0 0 @14 0 0），前后排桩采用10 0 0 m m厚的压顶板连接，后排桩与地铁隧道的净距不小于 5 . 0 m，J K- 3 区段基坑支护结构形式与J K-2区段基本相同。
基坑开挖深度：北侧JK-1 区段开挖深度12.6m，JK-2 区段为塔楼区，开挖深度为10.2m，JK-3区段为裙楼区，开挖深度为8.4m。地铁区间隧道结构紧邻基坑东侧，基坑围护结构外排桩外侧壁距离左线隧道结构外壁约为5.8～13.6m，内排桩内侧壁距离左线隧道结构外壁约为8.0～14.8m，而一号线区间隧道埋深约为2.5～6.0m。
综合项目地块岩土工程勘察报告和紧邻地铁一号线区间隧道结构周边的工程地质资料分析，认为：紧邻JK-1区段和JK-2区段地铁区间隧道结构埋深浅，隧道上方覆土最深约为6.0m，隧道的结构型式为分离式浅埋暗挖马蹄形隧道结构，隧道结构的侧向地层主要为可塑和硬塑的残积粘土层，而底部基本位于全风化泥质砂岩和强风化泥质砂岩。

3 数值计算
混凝土泵车在进行泵筑混凝土时会对地面产生一定的振动影响，模拟中并未考虑振动的影响作用。
表1为地面超载条件下基坑 J K-1、JK-2区段对应的区间隧道结构的轴力、弯矩和剪力变化情况。图2、图3分别为基坑JK-1区段和JK-2区段对应的有限元计算整体模型，图4为紧邻的地铁一号线区间隧道结构有限元模型。可以看出，JK-1区段和JK-2区段基坑与隧道之间的地面发生超载时，紧邻的隧道二衬结构弯矩、轴力和剪力均发生了改变，且J K-1区段对应的隧道结构受力改变更加明显，其中地面超载对隧道二衬结构弯矩的增量为19.2kN•m，而JK-2区段对应的隧道二衬变化较小的原因是该区段基坑为双排桩支护结构，地面的超载作用一部分被双排桩所承担。因此，地面超载作用将会对下方的一号线隧道二衬结构造成一定的影响，应当引起重视。

4 结语
在基坑 J K1、J K 2 区段侧上方超载40kPa，将导致隧道二衬的结构弯矩发生明显改变，其中JK1区段隧道二衬结构弯矩的最大增量为19kN•m/m，最大增量部位约在十一点位置；JK2区段由于采用双排桩支护结构，且基坑内侧预留了土台，目前阶段尚未开挖土台，故土体对左线隧道的侧向约束较大，且基坑侧上方超载的相当部分荷载直接传递给了双排桩结构，故JK2区段侧上方超载对隧道二衬的结构弯矩影响相对较小，二衬结构弯矩的最大增量为8kN•m/m，十一点位置的最大增量为5kN•m/m。