摘要：保护区域内的大面积堆卸载对地下轨道交通具有较大影响，本文应用有限元软件（MIDAS-GTS）分析大面积堆卸载对轨道交通区间短段隧道竖向变形的影响，并得出结论。
关键词：地下轨道交通； 卸载； 堆载； 换填； 有限元分析
中图分类号：TU432
文献标识码：B
文章编号：1008-0422（2008）08-0160-03
1引言
轨道交通是城市公共交通系统的一个重要组成部分，有地铁、轻轨等多种类型，和其他公共交通相比具有以下特点：用地省；运能大；每一单位运输量的能源消耗量少，因而节约能源；采用电力牵引，对环境的污染小。随着城市规模的扩大，四通八达的轨道交通形成了城市交通的主动脉，然而地面的各种建、构筑物对于轨道交通的施工和运行会存在一定的影响，尤其是地铁。根据相关条例：地铁隧道两侧外各50m范围内属于保护区域。在此范围内的工程设计须考虑对地铁的保护措施。
2工程概况
新建的某大型景观公园绿地的规划用地面积约30hm2，其下，恰有一条已建的地下轨道交通线穿越公园用地。根据《上海市轨道交通管理条例》地铁隧道两侧外各50m范围内属于保护区域，在此段范围内的设计须考虑对地铁的保护。以下为针对该公园工程跨越地铁部分的保护设计方案。
公园内涉及须对地铁进行保护的区域范围约为1.7万m2。该区域内为公园土坡，地面标高从5.50m~7.0m（绝对标高）渐变，原场地标高为4.50m（绝对标高），这部分增加的填土荷重将对地铁产生较大的影响。因此，设计考虑采取替换卸载的方式减轻新增的荷重，即在设计标高范围内使用挤塑板换土的方法，达到降低荷载的目的，满足地铁保护的需要。
根据计算分析，在即满足地铁保护需要，又满足挤塑板抗浮要求前提下，轻质挤塑板换填厚度需3.2m左右。场地最高填土为2.5m，故先从场地现状标高（4.500m）基础往下挖2.3m，其中1.6m为挤塑板，0.7m为现状土；再从场地现状标高（4.500）基础上往上堆2.5m，达到7m标高，其中，1.6m为挤塑板置换的土，0.9m为新增加的土（如图1-1~2）。
用挤塑板换土的方法能达到减轻荷重保护地铁的要求，然而实际施工过程中现状土方挖除时会减少地铁上覆荷载，使地铁产生上浮，虽然施工期该地铁正处于调试期未正式投入使用，但分析挖土时对地铁产生的影响是否在允许范围以内也是必须的。
3分析与设计
针对本工程先卸载后堆载的情况，在确定保护性施工方案之前应进行相关的计算分析。
3.1计算模型
本设计采用岩土隧道结构专用有限元分析软件MIDAS/GTS进行三维有限元分析。工程场地属于软弱地基，土层分布基本均匀，模型采用区域模拟地层（X*Y*Z：135m*181m*50m），将每层土与地铁隧道结构壁按实际情况输入，并进行合理的有限元网格划分。土体定义采用D-P本构模型，本构模型是反映物质宏观性质的数学模型（是一种将变形的应变张量与应力张量联系起来的关系式计算方程），能反映连续介质的固有本性即自然规律。程序通过对模型部分土体进行钝化（开挖）和激活（填筑）来模拟施工换填的每一相应步骤，最终经有限元计算分析得出模型内每一网格单元在不同施工阶段的应力、应变值。
有限元模型采用的材料物理力学参数如表1所示。本工程的三维有限元模型如图2所示。
3.2 施工过程分析
3.2.1挖土围护施工采用Φ700双轴搅拌桩，轻型井点降水在施工区域内分层开挖2.3m深的土体（每层高差不大于0.5m）；
3.2.2回填1.6m厚挤塑板；
3.2.3回填0.7m厚回填土与原地面平；
3.2.4在地面填筑1.6m厚挤塑板换土和0.9m厚回填土。
4计算结果
通过计算分析可得出模型内各点的变形状况，现仅提取出隧道衬砌在不同时期的变形值图形结果和分析结论，如图2-1~11与表2所示。
5施工要求
5.1基坑土方开挖要求
基坑在施工程序上是分五层开挖，每层厚度为0.5m,上层开挖完毕后方可进行下一层土体的开挖。开挖至设计标高后，应立即浇筑垫层，或随挖随浇垫层，无垫层坑底最大暴露面积不大于200m2。
采用机械挖土时，坑底应保留200-300mm厚地基土，用人工挖除整平，并防止坑底扰动，严禁挖土机械碰撞围护桩。
5.2基坑工程降水方案
降水可有效改善挖土条件和改良坑内土的物理力学指标，提高基坑整体稳定的安全储备，防止施工时挤塑板浮起。采用适合的围护体系可有效的隔断坑内与坑外的水系通道，形成坑内封闭状态。
6结论
6.1通过上述计算分析可见，本设计方案合理可行。采用一定比例的轻质材料换填这种方法在满足地面设计情况的前提下可减少对地下轨道交通的影响。
6.2在施工过程中需加强对挖土施工与地铁的监控，同时还应注意围护结构的变形控制，保证施工的安全性。
6.3本计算过程中对模型部分土体进行的钝化和激活是按照施工步骤进行，实际施工过程中因场地面积较大，土体需采取分段开挖形式，计算模型仅分析了最不利的施工状况，因此在建立模型时可结合施工组织设计进一步细化施工步骤，更精确的模拟挖土换填每一过程，使计算结果更详尽。
参考文献：
[1] 建筑结构荷载规范.GB50009-2001.中国建筑工业出版社.
[2] 混凝土结构设计规范.GB50011-2002.中国建筑工业出版社.
[3] MIDAS GTS.Geotechnical & Tunnel analysis System.Analysis Reference.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”