摘 要：本文结合上海打浦路复线日晖港清淤回填工程，利用FLAC有限差分程序，建立数值模型，对施工完成以后的长期沉降进行了预测和分析，结果表明：道路长期沉降在施工完成后2～3年内基本趋于稳定，且道路几乎无差异沉降，防汛墙两侧差异沉降在1Omm左右，对防汛墙、道路以及周边建筑物管线影响较小。In conjunction with dredging and backfilling work for RiHuiGang project at Dapu Rd Tunnel duplicate, the paper sets up a numerical modelling by means of FLAC, a finite difference programme, to predict and analyse long term subsidence of it, with results stating that long term subsidence of the carriageway will basically tend to be stabilised 2-3 years after completion of the project, while non-uniformed subsidence could hardly be found, with about 1Omm differentiated settlement observed at both sides of flood wall, i.e. a little effect to either flood wall, carriageway or buildings in the surrounding.

1.引言

随着城市规模的扩大和交通网络的不断完善，从市区内穿过的大江大河日益成为城市交通一体化的最大阻碍，而建造桥梁及越江隧道是克服这一障碍的有效措施，因为越江隧道具有对周围环境影响小、容易与现有道路配套等优点，所以受到越来越多城市的青睐。越江隧道与现有道路的接线段一般处于现状河流当中，而现状河流中往往具有高压缩性、时效性较强的土体，为了隧道及道路结构的顺利施工，必须对河底淤泥进行处理。对河底淤泥进行处理，不可避免地对原有防汛墙及周边建筑物管线造成影响，而且施工会对淤泥下方软黏土造成扰动，沉降会持续相当长的一段时间，所以对清淤回填施工后的长期沉降进行预测和分析，以保证周边建筑物管线安全和隧道本身的安全运行，是十分有意义的。

图1 浦西匝道与日晖港位置关系图

本文主要结合打浦路复线日晖港清淤回填工程，采用数值模拟手段，对清淤回填工后长期沉降进行预测和分析。浦西匝道与日晖港位置关系见图1。

2.工程概况

打浦路复线隧道位于卢浦大桥和既有打浦路隧道以西，浦西接瑞金南路一中山南路交叉口及龙华东路一大木桥路交叉口，浦东接长清路一耀华路交叉口，属于干道系统的越江工程。隧道采用盾构法施工，单向2车道，与既有隧道组成一组双向4车道的越江通道。

日晖港内淤泥厚度为2. 0～3.8m范围，此层含大量有机质、底部夹碎石、碎砖等，且孔隙比大、含水量高、压缩性强，必须清除此层，为后续施工提供工作平台和保证工后道路的安全使用。

3.清淤回填工后长期沉降数值模拟

长期沉降的发展不仅影响着道路本身的安全运营，而且会对周边建筑物管线造成危害。结合现场水文地质条件以及施工中对③层土的扰动大小，选取以下典型断面进行分析：①日晖港内覆土厚度最大的WK0+115. 89断面，即扰动区应力最大的断面；②路面标高位于③灰色淤泥质粉质黏土顶面，即道路与扰动区垂直距离最短的断面。

3.1 数值模拟工况

1)扰动区上覆土厚度最大断面处(WK0+115. 89)工况

根据施工进度，对于WK0+115. 89断面处，按照以下顺序模拟施工过程的发展：①在土体自重以及防汛墙结构作用下的初始地应力平衡；②蓄水清淤后，以1:1角度自然放坡，彻底清淤至标高-3.700m，计算至力学平衡；③回填素土至标高+2. 000m，计算至力学平衡；④回填掺加5%粉煤灰的石灰至标高+5. 600m，计算至力学平衡；⑤赋予扰动区土体蠕变参数，进行蠕变计算。

2)路面与扰动区垂直距离最短断面处(WK0+275. 00)工况

根据施工进度，对于WK0+175.00断面处，按照以下顺序模拟施工过程的发展：①在土体自重以及防汛墙结构作用下的初始地应力平衡；②蓄水清淤后，以1:1角度自然放坡，彻底清淤至标高-3.700m，计算至力学平衡；③回填素土至标高+2.000m，计算至力学平衡；④围护结构施工，开挖至第一道支撑标高+1. 700m处，进行第一道支撑施工，计算至力学平衡；⑤开挖至第二道支撑标高-0. 500m处，进行第二道支撑施工，计算至力学平衡；⑥开挖至坑底标高-3. 700m处，底板浇筑，计算至力学平衡；⑦隧道结构施工，移除支撑，计算至力学平衡；⑧赋予扰动区土体蠕变参数，进行蠕变计算。

3.2 数值计算模型

最终计算模型范围确定为：水平向取为清淤范围（河道宽度）的两倍为60m，竖直向取清淤深度的3～4倍至⑤，灰色粉质黏土层底，标高为-18. 60m。整个模型由四边形平面网格单元组成，模型上边界为自由地表，底面约束竖直向的自由度，两侧面边界均法向固定。WK0+115. 89以及WK0+275. 00断面模型数值计算模型的平面形态如图2所示，其中不同颜色的各水平区域代表土层的分层情况，浅灰色区域为清淤回填区域。

图2 数值计算模型

3.3 数值计算参数选择

根据现有防汛墙结构图纸，确定防汛墙厚度为0. 5m。本工程钻孔灌注桩桩径为0.7m，桩间距为0. 8m，按照等刚度原则折算求得h=560mm。支撑采用φ609mm钢管；隧道结构侧墙根部厚度为1. 1m，从侧墙底部按照1: 12坡度延伸至地面，折算为等厚墙厚度为0.86m，底部结构厚度为1. 1m。表1和表2分别为结构单元参数以及扰动区土体蠕变参数。

表1    钢筋混凝土及钢管计算参数

表2    扰动区土体蠕变参数

4.计算结果分析

4.1 扰动区上覆土厚度最大断面处(WK0+115. 89)工后沉降

WK0+115. 89处道路中线及边线沉降随时间发展情况如表3、图3所示，可以得到，以地面道路铺设完成时为时间起点，3个月后，道路中线及边线工后沉降分别达到了-9. 07mm和-8. 83mm，均占最终沉降量的22. 0%；1年后，道路中线及边线工后沉降分别达到了-26. 2mm和- 25. 6mm，分别占最终沉降量的63. 6%和63.7%；3年后，道路中线及边线工后沉降分别达到了- 40. 1mm和- 39. 1mm，均占最终沉降量的97. 3%。可知，道路施工完成后3年，WK0+115. 89断面道路工后沉降达到了最终沉降量的97. 3%，基本趋于稳定；从道路中线及边线沉降量上来看，两者基本相等，道路本身差异沉降较小。

表3    WK0+115. 89断面道路中线及边线沉降随时间发展情况

图3     WK0+115. 89断面道路中线及边线沉降随时间发展曲线

WK0+115. 89处地面沉降槽随时间发展情况如图4所示，可以看出，随着时间的发展，地表沉降不断增加，至道路完成3年时，沉降槽基本与最终沉降槽重合，即工后沉降基本稳定；从沉降槽的曲线形态可以看出，道路中线与边线之间沉降槽较平缓，差异沉降较小，而防汛墙处沉降槽较陡，差异沉降较大。

图4   WK0+115. 89断面地面沉降槽随时间发展曲线

4.2 路面与扰动区垂直距离最短断面处(WK0+275. 00)工后沉降

WK0+275. 00处道路中线及边线沉降随时间发展情况如表4、图5所示，可以得到，以地面道路铺设完成时为时间起点，3个月后，道路中线及边线工后沉降分别达到了-2. 37mm和-2. 45mm，分别占最终沉降量的25. 9%和25. 8%；1年后，道路中线及边线工后沉降分别达到了-6.18mm和-6.42mm，分别占最终沉降量的67. 5%和67. 7%；2年后，道路中线及边线工后沉降分别达到了-8. 96mm和-9. 28mm，分别占最终沉降量的97. 9%和97.8%。可知，道路施工完成后2年，WK0+275. 00断面道路工后沉降达到了最终沉降量的98. 0%左右，基本趋于稳定；从道路中线及边线沉降量上来看，两者基本相等，道路本身差异沉降较小。

表4    WK0+275. 00断面道路中线及边线沉降随时间发展情况

图5     WK0+275. 00断面道路中线及边线沉降随时间发展曲线

WK0+275. 00处地面沉降槽随时间发展情况如图6所示，可以看出，随着时间的发展，地表沉降不断增加，至道路完成3年时，沉降槽基本与最终沉降槽重合，即工后沉降基本稳定；从沉降槽的曲线形态可以看出，道路中线与边线之间沉降槽较平缓，差异沉降较小，而防汛墙处沉降槽较陡，差异沉降较大，而且与WK0+115. 89和WK+175.  00断面不同的是，WK0+275. 00断面最大沉降位于防汛墙与道路边线之间，这是由于本断面道路路面标高在地面标高以下，造成道路下方土体应力水平较低，从而导致道路工后沉降小于道路两侧的工后沉降。

图6   WK0+275. 00断面地面沉降槽随时间发展曲线

5.结语

本文主要采用数值模拟的方法，对清淤回填、基坑开挖及隧道结构和路面施做等施工过程扰动土体所带来的工后沉降问题进行了深入探讨，并对打浦路复线中WK0 +115.  89及WK0+275.00两个断面的长期沉降进行预测，总结了工后沉降发展规律，得出以下结论。

(1)本文数值模拟采用的多工况的数值分析方法，不仅能够综合考虑不同变形阶段隧道和周围土体的受力、变形和强度特征，而且隧道施工中蓄水清淤、回填和基坑开挖等各施工工况都得到较好的模拟，因此，可以得到与实际情况较为符合的长期沉降发展规律。

(2) WK0+115. 890及WK0+275. 00两个断面处道路工后沉降在2～3年内基本趋于稳定，且沉降最终量值均较小，道路几乎无差异沉降；对于防汛墙内外两侧来说，两个断面处防汛墙内外两侧差异沉降均在10mm左右，对防汛墙两侧道路管线以及建筑物影响较小。

(3)本文所依托的工程，清淤回填方案实施较为成功，道路施工完成以后的工后沉降控制得到有效控制，而且工后沉降最大值及差异沉降量在允许范围以内，对以后类似工程具有借鉴意义。

摘自《地下交通工程与工程安全》