长沙地铁4号线区间对湖南大学工程馆影响分析

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摘要：研究结论：在不采取保护措施的情况下，隧道开挖完成后，湖南大学工程馆最大沉降在靠近盾构区间一侧，约2.8mm，与采用peck经验公式计算出的2mm接近，满足标准要求。湖大工程馆前后

研究结论：在不采取保护措施的情况下，隧道开挖完成后，湖南大学工程馆最大沉降在靠近盾构区间一侧，约2.8mm，与采用peck经验公式计算出的2mm接近，满足标准要求。湖大工程馆前后约790m路段采用液体阻尼钢弹簧浮置板道床，采取措施后地铁引起的振动速度降低至0.112mm/s,低于《古建筑防工业振动技术规范》（GB/T -2008）规定的限值，湖南大学工程馆的振动速度维持现状。

1 引言

我国城市轨道交通建设日益增多，存在较多城市轨道交通线路需穿越既有铁路情况。地铁区间盾构施工必须保证铁路安全和正常运营，目前类似且已经成功的实例已不鲜见。本文就长沙地铁4号线湖阜区间盾构施工对国家重点保护文物湖南大学工程馆的影响进行了理论分析，并提出了相关保护措施为后续相关工程提供参考[1～4]。

2 工程概况

湖南大学站～阜埠河路站区间隧道出湖南大学站后，沿麓山南路向南前进，在麓山南路与牌楼路交叉口从湖南大学国家重点保护文物湖南大学工程馆东侧经过，区间隧道采用盾构法施工。湖南大学工程馆，今为湖南大学教学北楼。建于1947年，建筑面积7430㎡。著名建筑学家、建筑教育家柳士英设计，目前已被列为国家重点保护文物。鉴于本段文物的重要性，通过对城墙的基础资料的研究、对区间埋深进行研究，对不同的隧道施工状态对建筑物基础的影响大小的研究，提出相应的对策，达到对文物影响最小、可实施性强的目的，为盾构施工提供技术保证。

地铁隧道结构采用预制钢筋混凝土管片，外径6m，内径5.4m，管片厚度300mm。

湖南大学站～阜埠河路站区间出湖南大学站后沿麓山南路向南前进，在下穿牌楼路后，在牌楼路与麓山南路交叉口西南角从湖南大学工程馆东侧经过。区间采用盾构法施工，区间隧道与工程馆基础最小水平净距约10.41m，最小竖向净距约9.29m。盾构区间隧道主要位于中风化灰岩地层。

地铁区间隧道与工程馆相互位置关系如图1所示。

图1 地铁区间隧道与工程馆相互位置关系图

3 Peck法估算地表沉降

1）Peck经验公式

其中：

Sx——横向地表沉降量；

Vl——盾构隧道单位长度地层损失量，m3/m；

x——地表距离隧道中心线的水平距离；

Smax——隧道中心线处最大地表沉降量；

i——沉降槽宽度系数（隧道中心线至沉降反弯点的距离），；

R——盾构半径；

Z——盾构中心处埋深。

采用peck经验公式法分析湖南大学工程馆沉降量详见图2。本次分析以隧道施工地层损失率为1%考虑。运用peck公式计算得到工程馆基础的最大沉降量为2mm，满足标准要求。

图2 工程馆段盾构引起的地面沉降随距离变化图

2）湖南大学工程馆实体建筑距离盾构结构边线约10.41m，理论计算结果显示盾构施工产生的沉降满足标准要求，考虑到文物的历史价值及盾构施工可能存在的不确定性，施工时建议采取必要的防护措施。

4 盾构掘进对既有铁路影响数值分析

4.1 有限元模型及工况

本次模拟计算使用岩土工程专业软件进行二维有限元模拟，计算将根据其单元特性选择实体单元进行模拟围岩以及板单元模拟支护结构体。

本计算模型盾构隧道直径取6m，模型宽度约为70m，垂直方向为35m，垂直方向从地表向下选取埋深，隧道埋深取11.3m，模型尺寸满足边界的影响。本报告主要分析盾构隧道通过湖南大学工程馆时，工程馆及隧道结构的稳定性、安全性。模型中x轴方向为水平方向,向左为正；y轴为垂直方向，具体模型见图3。

图3 盾构隧道对湖南大学工程馆影响分析模型

4.2 计算参数及工况

1）地层计算参数

围岩参数按照《长沙市轨道交通4号线一期工程KC-2标段初步勘察阶段岩土工程勘察报告》进行选取如表1，管片力学参数见表2。

表1 围岩参数部位卵石中风化灰岩E(MPa)40 400 ν 0.3 0.33 γ(kN/m3)2000 2500 C(MPa)0.0001 0.2 φ(°)31 35

表2 管片支护计算力学参数表支护材料管片衬砌E(GPa)34.5 γ(kN/m3)2500 ν 0.20截面几何参数t=30cm强度指标C25，Rb=20MPa

2）计算工况

计算中考虑先施作一条隧道，隧道施工模拟时共考虑10个工况，即隧道开挖至站台1下方→开挖至站台1与站台2之间轨道下方→开挖至站台2下方→开挖至站台2与站台3之间轨道下方→开挖至站台3下方→开挖至站台3与站台4之间轨道下方→开挖至站台4下方→开挖至站台4与站台5之间轨道下方→开挖150m完毕[6]。然后再模拟施工另一条隧道，同样考虑10个工况。

文章来源：《文物鉴定与鉴赏》 网址: http://www.wwjdyjs.cn/qikandaodu/2020/1124/486.html

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