南京南站220KV深埋电力隧道上覆市政道路影响及提升行为
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- 研究背景
综合管廊，又称共同沟，用于城市地下市政公用管线的公共设施，其将市政、电力、通信、燃气、给排水等各种管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、设计、建设和管理，是新型城市市政基础设施建设现代化的重要标志之一。[2]随着城市地下空间开发规模的加大,许多隧道建在原有地下结构物附近,且近距离穿越结构物的现象明显增多,当隧道开挖掘进引起的地层变形超过一定范围时,就会危及邻近结构物的安全,引起一系列的环境岩土问题。所以在隧道施工前,必须正确预测和掌握隧道–土体–结构物的相互作用机理与效应,并研究相应的防灾措施,从而进一步理解和掌握隧道开挖对沿线结构物造成的不利影响效应，继而完善隧道的设计,正确判断隧道或邻近结构物施工可行性,并采取相应措施保护邻近结构物及原有隧道。在综合管廊开挖过程中，需要对于基坑进行支护，目前，一般支护方式有拉锚钢板桩支护、土钉墙支护等。钢板桩结构具有质量轻、强度高、锁口紧密、水密性好、施工方便、施工速度快等优点，因此，钢板桩在基坑工程中得到广泛应用。在综合管廊的受力分析方面，周志刚通过ansys 有限元建模从结构沉降，混凝土应力等多个方面评价其对综合管廊受力的影响。邓惠晗通过综合管廊的概述、发展应用及优越性的阐述，结合综合管廊的设计与建设实例，总结了综合管廊设计的重点、难点，分析综合管廊存在的制约因素和主要问题，并对其发展提出建议。本工程根据现场实际情况，分段采用钢板桩和钢板桩加钢支撑支护方式。[6]Sang -Hwan( 2004)采用模型试验的方法研究了软土地区后续隧道与原有隧道的共同作用效应，结果表明,当两条平行隧道中心间距小于两倍隧道直径时,隧道间的相互作用效应十分显著;后续隧道施工时,在原有隧道衬砌中产生了明显的弯矩'。Yamaguchi、Yamazaki和Kiritani ( 1998)在日本京都四条隧道施工期间,通过监测获得了包括荷载在隧道与周围土体传递在内的许多数据资料,分析和评估了隧道及土体的性状,描述了后续隧道施工对原有隧道及周围土体的影响特性,旨在改进用于评价靠近已运行隧道施工时隧道–土体共同作用效应的方法,指导平行盾构隧道的设计与施工。Cheng、Dasari、 Leung、Chow和 Rosser( 2004)对隧道–土体-桩之间的共同作用机理与效应进行了三维有限元分析,结果表明,桩上弯矩的大小主要由桩与隧道中心之间的水平距离决定,而开挖引起的桩上轴力主要取决于桩尖与开挖影响区的相对位置、土体刚度及土体体积损失。目前,国内关于隧道施工对邻近管廊工作性状的研究报道还很少,而国外虽然有些研究,但由于隧道施工对邻近原有管廊工作性状的作用非常复杂,还有待进一步研究。
1.2研究现状
1.2.1 综合管廊起源与发展
共同沟的建设最早在欧洲兴起。[1]巴黎在1832年建造以排水为主的廊道中, 创造性地在其中布置了一些供水管、煤气管和通讯电缆等管线,形成了早期的共同沟。目前, 巴黎已建共同沟超过100 km, 且收容的管线也越来越多。西班牙目前有92 km长的共同沟, 除煤气管外, 所有公用设施管线均进入廊道, 并制定了进一步的规划, 准备在马德里主要街道下面继续扩建。俄罗斯莫斯科建有120 km的共同沟, 除煤气管外, 各种管线均有。瑞典斯德哥尔摩市区街道下有30 km的共同沟, 建在岩体中, 战时可作为民防工程。前东德在1964年开始修建共同沟, 已有15 km建成使用。芬兰将共同沟深埋于地下20 m的岩层中, 而不直接建于街道下, 其优点是可节省30%的管线长度。而国内进行共同沟的建设起步较晚。1992年, 上海市政府规划建设了大陆第一条规模最大、距离最长的共同沟———浦东新区张杨路共同沟。该共同沟全长11.125 km, 共有一条干线共同沟、两条支线共同沟, 其中支线共同沟收容了给水、电力、信息与煤气等四种城市管线, 为我国其他城市共同沟的发展提供了可供借鉴的经验和教训。目前, 上海还建成了松江新城示范性地下共同沟工程(一期)和“一环加一线”总长约6 km的嘉定区安亭新镇共同沟系统。北京早在1958 年就在天安门广场下铺设了1000多米的共同沟。2006 年在中关村(西区)建成了我国大陆地区第二条现代化的共同沟。该共同沟主线长2 km, 支线长1 km, 包括水、电、冷、热、燃气、通讯等市政管线, 但为减少施工难度、节省空间、降低工程造价, 没有纳入排放雨水和污水的重力流管线。杭州在站和站前广场改建工程中, 为避免站屋和各地块进出管线埋设与维修开挖路面, 从而影响车站的运行, 将给水管、污水管、电信电缆、电力电缆、铁路特殊电信电缆、有线电视电缆、公交动力线、供热管等置于共同沟内。杭城目前最长的共同沟———钱江新城第一条长达2.16 km的管线共同
沟也于2006年初完工。目前, 共同沟还仅在我国一些经济发达的城市和新区有所建设, 尚未得到推广和普及。但随着近几年全国掀起的新一轮的城市建设热潮, 越来越多的大中城市已开始着手共同沟建设的试验和规划,如重庆、广州、南京、济南、沈阳、福州、郑州、青岛、威海、厦门、大同、嘉兴、衢州、连云港、佳木斯等。
1.2.2 模型建立
为了掌握隧道开挖对电力综合管廊的影响，本文采用三维有限元软件PLAXIS 3D Tunnel程序提供了多种土体本构模型与结构物单元，能准确模拟土体、隧道、桩等，并能自动划分生成三维有限元网格，建模方便；能模拟隧道开挖掘进的实际情况，土体中位移场与应力场的变化情况以及土体与结构物之间的相互影响故对隧道工程中变形、稳定性等问题能进行有效的三维有限元分析[6]。通过数值模型及方案设计，得到研究目标的三维模型，如图1、图2。
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