绍兴地铁1号线瓜渚湖站~镜水路站盾构区间下穿220KV高压线塔分析

绍兴地铁1号线瓜渚湖站~镜水路站盾构区间下穿220KV高压线塔分析

宋少坡1闵贵阳2吴桂生3肖扬4

1.3.4广州瀚阳工程咨询有限公司杭州分公司浙江省杭州市310000；

2.南京潇然建设工程有限公司江苏省南京市210000

摘要：近年来，城市轨道交通发展迅速，为保证施工质量，提高施工进度，盾构法施工得到广泛推广。盾构施工对地下及地面建构筑物环境影响较大，本文研究了盾构下穿高压线塔施工对高压线塔沉降变形的影响，提出了采用连梁加固和跟踪补偿注浆方法减小盾构施工中高压线塔的不均匀沉降变形。

关键词：区间隧道；高压线塔；独立基础；有限元数值分析

1工程概况

1.1地铁区间简介

瓜渚湖站～镜水路站区间，右线起点里程YK22+373.969，终点里程YK23+557.684，区间长度为1183.715m；左线起点里程ZK22+374.527，终点里程ZK23+555.928，区间长度为1181.401m，隧道外径6.7m，壁厚0.4m。线路自瓜渚湖站出站后，沿规划的群贤路敷设，呈东西向设置，线路纵向呈V字坡。区间隧道覆土10～20m，设置一座联络通道兼泵站。

瓜渚湖站～镜水路站区间北侧有金色水岸、翡翠公馆住宅小区，其桩基距离区间隧道较近，约3米。南侧有学院桥、后渎桥、明牌珠宝公司、明园地下车库和临街商铺，桥桩距区间隧道最近2米，瓜渚湖站～镜水路站区间线路方案不具备迁改条件，盾构下穿高压线塔不可避免。

1.2220KV高压线塔简介

本区间盾构隧道下穿亭纺2458线040号、兰纺2455线040号高压线塔，高压线塔现场照片如图1所示。亭纺2458线040号、兰纺2455线040号高压线塔基础型式为矩形独立基础，基础埋深2.0m，各独立基础之间间距5.3米，地面以上为型钢桁架结构，输电等级为220KV。高压线塔的一个独立基础位于区间隧道正上方，另外三个独立基础位于区间隧道侧上方，其平面位置关系如图2所示。瓜~镜区间在该处埋深9.84米，塔基距隧道顶7.84米。

图1亭纺2458线040号图2高压线塔与区间隧道平面关系图

兰纺2455线040号高压电塔

2工程地质概况

本区间地貌类型属于冲海积平原和低山丘陵区，平原区自然地面标高一般为4.50~7.65m左右，在工程地质分区上属于平原区。

本工程穿越了不同时代的地层，根据勘探孔揭露的地层结构、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，场地勘探深度以内可分为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⒁、⒃、⒄等个12大层，细分为46个亚层。地基土物理力学性质指标见表1。

表1土体物理力学性质指标

3盾构区间下穿220KV高压线塔影响分析

根据正常的盾构掘进速度以及地层变形的最终稳定周期，盾构穿越高压线塔的影响周期为7~15天。通常情况，设计阶段对盾构隧道引起的地面沉降预测可采取peck公式法和有限元数值模拟法。

3.1peck公式法地面沉降分析

3.1.1peck公式

地面沉降的横向分布估算公式为：

其中：

—隧道穿越土层土体内摩擦角；

V—盾构单位长度地层损失。

根据上述区间隧道与高压线塔基础的位置关系，将高压线塔的四个基础简化为4个点，每个基础点取基础中心，再根据peck公式计算每个基础点的沉降，推算基础的倾斜率。

3.1.2基本参数的取值

盾构机外径：D1=6.860m

盾构隧道外径：D2=6.700m

地层损失率控制值：0.5%（根据实测数据，地层损失率在0.20%~2.0%范围内的占95.77%；根据杭州地区实测经验，粉砂夹粉土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土的地层损失率为0.20%~0.85%，平均值为0.48%。）

盾构隧道中心距离地面的距离：13.22m

控制点1距离左线隧道中心的平面距离：0.37m，距离右线隧道中心距离13.89m；

控制点2距离左线隧道中心的平面距离：2.85m，距离右线隧道中心距离16.41m；

控制点3距离左线隧道中心的平面距离：7.56m，距离右线隧道中心距离21.10m；

控制点4距离左线隧道中心的平面距离：5.06m，距离右线隧道中心距离18.57m。

3.1.3计算结果

根据上述各控制点的沉降量，推算基础的倾斜为：

垂直于隧道方向的最大倾斜率为（1~3点）：（12.87-5.67）/7.51/1000=0.96‰；

沿隧道纵向的最大倾斜率为（1~4点）：（12.87-8.66）/5.3/1000=0.79‰。

3.1.4结果分析

《架空输电线路基础设计技术规程》（DLT5219-2014）7.3节的相关要求：本塔高度小于50m，基础倾斜变形允许值为0.006。根据上述计算，盾构隧道双线完成后，本高压线塔的基础倾斜率最大值按地层损失率5‰为0.00096，占基础允许变形值的16.0%，满足规范要求。高压电塔基础最大沉降值为12.87mm<20mm，故满足规范要求。

3.2有限元软件计算分析

3.2.1计算边界条件

本次计算采用Midas-GTS计算软件。计算时的边界条件为：x轴方向采用x向约束，y轴方向采用y向约束，底部采用竖向约束，上表面为自由截面。

计算模型假定

（1）土体为各向同性、均质的理想弹塑性体。

（2）初始地应力在模型计算中只考虑土体自重应力，不考虑地下水的影响；忽略岩土体构造应力，使岩土体在自重作用下，土体达到平衡，而后再进行盾构施工的开挖。

（3）计算中所选择的模型为摩尔库伦模型。

（4）电塔的压重对基础的压应力为30KPa。

3.2.2计算结果及分析

图5盾构隧道完成后地层水平位移云图

图6盾构施工过程电塔基础控制点沉降图

由上图可知盾构隧道完成后基础的最大沉降为4.95mm，基础的最大倾斜率为（4.95-2.68）/7.51/1000=0.3‰，满足规范要求。

4盾构下穿高压线塔的控制措施

结合国内目前已经成功实施的隧道下（侧）穿高压线塔的案例，本工程盾构隧道下穿高压线塔拟采用如下控制措施：1）环形筏板+连梁加固；2）跟踪补偿注浆；3）加强盾构施工管理和控制；4）加强监测，做到信息化施工。

本工程瓜~镜区间隧道下穿高压线塔为矩形独立基础，为提高基础整体性，减小不均匀沉降，故设计在四个基础间设置钢筋混凝土连梁进行连接。

盾构施工时，电塔将会产生动态沉降，需在电塔基础下土体中布置跟踪注浆管，对基础底部进行跟踪补偿注浆，加强对变形的控制。跟踪注浆实施时，应加强对地面和高压线塔基础的监测，根据监测情况调整注浆压力、注浆速度等参数，防止地面隆起。

5结语

本文采用peck公式法及有限元数值模拟法对盾构区间下穿高压线塔施工进行计算分析，结果表明，采用peck公式法计算得到高压线塔基础最大倾斜率为0.96‰，采用有限元数值模拟法计算的最大倾斜率为0.3‰，两种方法计算得到的倾斜率均满足规范要求，从而确定了瓜~镜区间盾构下穿高压线塔施工的可行性。提出了采用连梁加固的方式减小高压线塔基础的不均匀沉降，同时采用跟踪补偿注浆的方式减小盾构施工的动态沉降。