北京地铁十号线间隧道的施工数值模拟.doc

北京地铁十号线某近接区间隧道的施工数值模拟摘要对北京地铁号线知学区间近距离侧穿国管局宿舍楼种不同工法的施工过程进行了数值模拟通过对计算结果与实测数据的比较分析论证了施工中采取袖阀管掌子面注浆和后法等技术措施及工法对控制地表沉降的有效作用得到了一些有益的结论可供类似工程参考关键词隧道施工有限元数值模拟区间隧道地表沉降工程概况知春路站学院路站区间位于北京海淀区知春路东段右线起讫里程长度其中为近距离穿越国管局宿舍楼楼段该段呈西北东南走向位于由直线过渡到圆曲线的缓和曲线上隧道埋深区间近距离过国管局宿舍楼楼段右线结构南侧外缘距离楼房地下室最小水平距离约最小垂直净距最近点为右此处区间隧道的开挖掘进属于近接施工图为区间结构与建筑物关系断面图该段区间为单孔单线马蹄形隧道处于减震段开挖尺寸宽高本工程采用矿山法施工穿越此建筑物是本段区间的施工重点穿越地段国管局宿舍楼实为两座楼房竣工于年一座为砖混结构条形基础地上层基础埋深约基坑施工时采用放坡开挖无基坑围护结构另一座为现浇混凝土结构板楼筏板基础地上层地下层基础埋深约基坑施工时采用放坡开挖无围护结构图本文采用有限元手段对区间隧道通过层宿舍楼的情况进行了平面数值模拟隧道上方土层有杂填土素填土粉土粉质黏土洞身土层有粉土粉砂细砂底板标高处于黏土层中影响隧道施工的地下水是富存于洞身位置处粉土层和粉砂层中的台地潜水其他类型地下水对隧道施工影响不大本区段北侧是繁忙的交通主干道的交通十字路口南侧是居民小区因而无法采取地面降水措施台地潜水水位下台阶中部粉砂层含水量较为丰富工法介绍本区段隧道由于靠近国管局宿舍楼施工存在较大的风险隧道工法的选择经过了如下三个阶段工法试验段施工阶段区间隧道左线段为工法试验段施工阶段本段隧道初期支护施工于年月日开始年月日结束历时天隧道施工严格按照设计及规范要求进行但由于本段隧道内地质情况其下层全部为粉细砂层而且含水丰富且本段又不具备降水条件所以在采用法施工后地面沉降达到不能满足设计要求地面沉降小于的控制指标因此隧道施工工法改为采用工法施工并增加全断面袖阀管注浆双排小导管注浆等辅助措施工法施工阶段工法施工还是选择先在区间左线进行试验施工当施工后发现由于本隧道洞室为标准断面采用工法后个小洞断面非常窄小这样在施工过程中每个小洞只能最多有个工人进行施工施工进度非常缓慢同时由于施工进度慢洞室封闭时间长所以对于地面沉降仍较大经研究采取改进的工法施工本文称之为后工法后工法施工阶段先采用工法施工施工过程中用方木或工字钢临时替代中隔壁支护然后再施做正式的中隔壁经过在左线试验后工法施工监测结果能满足设计允许范围而且施工速度也得到提高所以这种工法被正式确定使用数值模拟边界条件及过程本次计算采用同济曙光有限元正分析软件进行数值分析模型为平面模型其网格剖分见图约束模型左右边界水平位移和底部边界竖向位移上部边界为自由边界国管局层宿舍楼地面层取楼层平均竖向荷载按加载地下两层以平面单元建模材料取为混凝土锚杆采用杆单元进行模拟中隔壁临时横撑及初次衬砌采用梁单元模拟二次衬砌采用曙光软件内置的结合梁模拟小导管超前支护的效果体现在拱部范围内预加固圈的参数适当提高见表材料物理力学参数表袖阀管掌子面注浆不但可以提高掌子面的稳定性而且对工作面周边围岩也有一定的约束作用计算过程中采取了袖阀管掌子面注浆措施的工法法和后法其开挖引起的围岩应力释放率取为法取计算结果分析城市地铁区间隧道施工对周边环境的主要影响就是对地表沉降及周边建筑物的影响本次计算主要研究三种工法条件下隧道开挖引起的地表沉降和建筑物位移情况图为后法施工引起的竖向位移云图较为形象地呈现了隧道施工完成时围岩的竖向位移分布形态计算模拟时开挖分部是对称进行的竖向位移整体呈近似对称漏斗状拱顶部位竖向位移较拱腰小说明后法施工过程中设置临时中隔壁能有效控制拱部围岩的松弛变形有利于抑制地表沉降的发展同时有利于控制底鼓变形的发展表为地表沉降计算值和实测值比较表不同工法条件下地表沉降槽的分布情况见图所示表中数据表明三种工法条件下的有限元计算值与实测值比较吻合有限元计算结果较为合理可为复杂工程设计提供参考从控制地表沉降的角度来说三种工法的优劣顺序为后法法及法法地表最大沉降值比法减小其原因有两点法工序上要求分块临时横撑封闭抑制了变形的发展袖阀管掌子面注浆对抑制变形的发展发生了显著的效应后法最大沉降值比法减小了这是由于后法施工开挖分部大较工序少施工进度快及时的支护封闭有效控制了围岩的变形发展减小了对地表环境及周边建筑物的影响因此后法为本工程的最优施工方法能够满足对地表沉降控制和周边建筑物沉降控制的要求实际施工时也正是采用了此工法同时说明了设计过程中动态优化创新工法工艺的重要性小结通过对数值计算结果和实测数据的分析可以得到以下有益的结论通过选取适当的物理参数和合理的计算简化条件可以得到与实测值比较吻合有限元数值计算结果有限元计算方法可以作为复杂近接施工问题分析的有效手段其结果可作为类似工程的参考袖阀管掌子面注浆对抑制地表沉降有显著的效果在城市浅埋隧道施工中可推广应用在本工程实施条件下后法为最优的施工方法设计人员应该在设计过程中敢于创新加深对动态设计理念的理解参考文献郭晓魁李强周雁浅埋近接隧道施工地表沉降有限元分析内蒙古公路与运输卿伟宸廖红建钱春宇地下隧道施工对相邻建筑物及地表沉降的影响地下空间与工程学报