庄美琪杨东光吴熠文

(1． 深圳市水务工程建设管理中心，广东深圳518040; 2． 湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082)

0 引言

随着我国基础设施建设的发展，受地质、地形因素的限制，一些新建的基础设施与原有的公路山体隧道距离较近，如在傍山隧道处开挖水渠、公路，修建水库等[1]。由于新旧结构之间的距离较小，新修建的设施会对既有隧道产生相应的影响，使隧道发生变形，严重时可导致隧道衬砌开裂、漏水，威胁既有隧道的运营安全[2]。因此研究山体开挖对既有山体隧道的变形影响规律十分必要。现有研究表明，山体开挖对既有山体隧道的变形规律存在影响[3,4]。

本文以深圳市大鹏新区坝光片区防洪(潮)排涝工程的大坑槽水工程为背景，根据地勘资料采用HSS模型及HB模型进行三维数值模拟计算。分析大坑槽水干流渠道开挖及人行天桥施工对葵坝隧道与盐坝高速公路桥桩的影响，可为后续施工和类似项目提供参考。

1 工程概况

大坑槽水工程是坝光片区防洪(潮)排涝工程二标的一部分，干流经过葵坝隧道上方和盐坝高速的3号,4号桩中间，泄水渠宽度为4.68 m，最大开挖深度为3.9 m，大坑槽水干流渠道采用机械开挖。新建人行天桥跨大坑槽水，位于葵坝隧道南侧。大坑槽水泄水渠、葵坝隧道、盐坝高速和人行桥的平面位置关系如图1所示。

葵坝隧道全线采用双向4车道市政道路标准，建筑限界宽为10 m，高为5 m。盐坝高速桥跨径布置为7×30 m共1联，上部结构为预应力混凝土小箱梁，先简支后结构连续；下部结构桥墩采用柱式墩、灌注桩基础。葵坝隧道穿越桥梁桩基按照嵌岩桩设计。

左线隧道从5号,6号桥墩之间穿过，右线隧道从4号,5号桥墩之间穿过。

大坑槽水工程经过葵坝隧道和盐坝高速区域的山体边坡地表被第四系覆盖，履盖层厚度较大，基岩受风化作用强烈，岩石较破碎，岩芯呈块状。大坑槽水工程区域地层主要为杂填土、漂石、全风化凝灰岩、强风化凝灰岩、弱风化凝灰岩等。泄水渠挖土层主要为漂石和全风化凝灰岩。

2 数值模型

2.1 模型介绍

为准确泄水渠开挖和人行桥施工对葵坝路隧道和盐坝桥桩的影响程度，本报告采用有限元软件PLAXIS 3D进行了数值分析，PLAXIS软件是国际通用的岩土工程有限元软件，具备强大的建模、分析功能，拥有非常全面的土本构模型，可以很好的进行岩土工程的分析。

葵坝隧道、泄水渠人行桥基础、盐坝高速桥桩和环坝路相对位置如图2所示，模型尺寸为300 m×400 m×110 m，模型的尺寸能较好的消除边界效应的影响。

2.2 本构模型与土层参数

本文采用PLAXIS 3D有限元软件对项目进行二维数值模拟，土体采用小应变硬化土(HSS)模型[5]和霍克-布朗(HB)模型[6,7]模拟，根据现场取土后进行室内试验确定场地内典型地层模型参数，其值如表1所示。

表1 土层计算参数

2.3 相关结构参数

葵坝隧道衬砌在PLAXIS 3D中用Shell单元模拟，衬砌厚度为二衬厚度，相关参数取值见表2。

表2 葵坝隧道衬砌参数

人行桥基础为钢筋混凝土基础，在PLAXIS 3D中用实体单元模拟，相关参数取值见表3。

表3 人行桥基础参数

盐坝高速桥桩为钢筋混凝土桩，在PLAXIS 3D中用Embedded beams单元模拟，相关参数取值见表4所示。

表4 盐坝高速桥桩参数

3 数值计算结果分析

人行桥施工和泄水渠开挖稳定后，本文对数值模拟计算的葵坝隧道和盐坝高速桥桩的变形及内力进行提取分析。X表示与隧道垂直方向，Y表示隧道往洞门方向，uz表示隧道竖直方向的变形，ux表示隧道垂直方向的变形，uy表示隧道往洞门方向的变形，M2作用在YZ平面内的附加弯矩，M3作用在XZ平面内的附加弯矩。

从图3～图5中可以看出，隧道的竖向变形在0 mm～0.5 mm，竖向变形较大区域出现在泄水渠开挖下方的区域，其中最大竖向变形为0.5 mm。隧道的X方向水平变形在-0.1 mm～0.2 mm，较大区域出现在靠近洞口处，变形方向朝泄水渠开挖处，X方向最大水平位移为0.2 mm。隧道的Y方向水平变形均不足0.03 mm，说明泄水渠的开挖对隧道的Y方向水平变形基本没有影响。

隧道的竖向变形和X方向水平变形主要是因为隧道右侧泄水渠开挖引起的回弹变形。远离泄水渠开挖区域隧道的变形和附加弯矩越来越小，在距离泄水渠开挖区域40 m之外竖向变形很小，基本不受影响。

为分析桥桩最危险情况，分别选取变形及附加弯矩最大的桩进行分析。桩的最大竖向变形出现在泄水渠经过第三排桥桩的区域，从图6可以看出，桩体最大竖向变形为0.8 mm，且桩体上部变形略小于下部，桩体被拉伸。

桩的X方向水平变形较大区域出现在泄水渠开挖经过的第三排桥桩区域，最大变形为0.6 mm，桩的Y方向水平变形较大区域出现在泄水渠开挖的区域，最大变形为0.5 mm，如图7，图8所示，桩的水平变形随深度逐渐增大，但变形均不大，且远离泄水渠开挖处变形越来越小，在距离泄水渠30 m外变形很小，基本不受影响。

桩的YZ平面内附加弯矩最大区域出现在一、二、三排桩靠近泄水渠南北开挖区域，M2最大值为42 kN·m。桩的XZ平面内附加弯矩最大区域出现在靠近泄水渠东西开挖区域的第三排桩，M3最大值为92 kN·m。如图9，图10所示，桩的弯矩极值位置与水平变形的反弯点一致，满足变形规律。

大坑槽水工程开挖及人行桥施工引起葵坝隧道和盐坝高速桥桩最大变形和最大附加弯矩结果如表5所示。

表5 最大变形及附加弯矩结果

4 结语

本文对深圳市大鹏新区坝光片区防洪(潮)排涝工程的大坑槽水工程进行三维数值模拟计算，分析大坑槽水干流渠道开挖及人行天桥施工对葵坝隧道与盐坝高速公路桥桩的影响，获得以下结论：

1)数值计算结果显示正常施工条件下，葵坝隧道最大水平变形和竖向变形分别为0.5 mm和0.2 mm，变形十分微小，说明大坑槽水工程施工对葵坝隧道影响十分微小，不影响葵坝隧道的正常运营。

2)在设计和施工时应做好地面和揭露岩体的防排水措施，并加强和原有引排水措施的衔接，防止地面水和地下水向下渗透、富集，从而对隧道排水系统产生不利影响。

3)合理安排开挖次序，尽量缩短开挖暴露时间，避开汛期施工，以免顺层导水危害隧道。

4)施工前应对葵坝隧道、盐坝高速桥桩以及周边环境制定针对性的监测方案和风险应急预案，一旦出现险情要做到早发现、早处理。通过监测，及时优化、调整施工参数，做到动态信息化施工。