地鐵重疊隧道施工順序研究
發布時間：2018-01-23 共2頁
關于地鐵重疊隧道施工順序的研究成果已有過一些報道,相關的研究成果[1,2]認為:對于地鐵重疊隧道應采用先上洞后下洞的施工順序,但現場采用的施工順序和相關的研究成果卻剛剛相反。鑒于此,本文以深圳地鐵3號線區間盾構隧道為工程背景,采用有限元數值模擬方法,對地鐵重疊隧道段兩種工況、兩種施工順序的盾構隧道施工全過程的力學行為進行對比研究。
1工程背景
深圳地鐵3號線的老-東(老街站—東門中路站)區間位于深圳市老街、東門核心商業中心區,該范圍人流密集、道路交錯、地下管線縱橫。由于受老街站控制,上下隧道的最小凈距為1.6m。隧道下穿的房屋除兩處需進行托換外,部分為6~8層磚混、擴或筏板基礎的房屋,地面沉降控制十分嚴格。本文以此為工程背景,對同一斷面處地表沒有任何地面建筑和地表有房屋基礎兩種工程條件下的上下重疊隧道進行數值模擬研究。
2工程水文地質
分析斷面為ZCK7+920,斷面巖土自上而下為<1>人工填土,<3-6>、<3-2>、<3-3>砂層,<6-2>殘積土層以及<12-1>全風化、<12-2>強風化、<12-3>中等風化基巖,圍巖均一性級差,綜合判定圍巖為Ⅵ級。該段地下水位埋深為3.6m,滲透系數K=2.5m/d,隧道單位長度涌水量q=11.2m3/d·m。
3數值模擬概況
3.1房 基
房屋基礎為8層磚混擴房屋基礎,埋深4m尺寸為4m×4m,基礎中心間距為9m×9m(現場竣工圖)。根據我國房建的現狀對作用在房基上的荷載進行偏于安全的估算:取每層房屋單位面積的總荷載為12.5kN,則作用在每平方米房基上的荷載為(12.5×8×9×9)/(4×4)=506.25kN,數值模擬取510kN。
3.2?！⌒?
采用通用軟件ANSYS程序對本工程條件下先上洞后下洞和先下洞后上洞兩種施工順序的施工全過程進行研究。研究采用2節點等參平面梁(beam3)單元模擬盾構隧道襯砌,平面4節點等參實體單元(plane42)模擬地層;單元和節點總數都約為1500,計算參數與地質勘察參數完全相同;計算范圍為水平方向長70m,垂直方向從地表向下取總長60m;地應力場按自重應力場考慮;邊界條件為:左右邊界水平約束,下邊界垂直方向約束,地表為自由面。
4數值模擬結果與分析
4.1地層應力
單洞施工過程中,地應力場變化較的區域主要位于兩側拱腰(水平位置)偏下的區域,而施工全過程地應力場變化最的區域是下洞兩側拱腰(水平位置)偏下的區域,表2所示為兩種施工順序施工結束時地層局部最主應力分布狀況。由表2可以看出:在地表無建筑物的工程條件下,采用先上洞后下洞施工順序的地層局部最第三主應力為0.515MPa,采用先下洞后上洞施工順序的地層局部最第三主應力為0.517MPa;在地表有房屋基礎的工程條件下,采用先上洞后下洞施工順序的地層局部最第三主應力為0.784MPa,采用先下洞后上洞施工順序的地層局部最第三主應力為0.766MPa。由此可以得出:在地表無任何建筑物的工程條件下,采用先上洞后下洞施工順序的地層局部第三主應力小于先下洞后上洞施工順序的地層局部第三主應力;但在地表有房屋基礎的工程條件下,以上結果剛好相反。
4.2地層位移
施工過程中地層豎向位移主要集中在兩隧道拱頂以上和仰拱以下的豎直區域,并且各典型施工階段地層位移較的區域主要集中在離當前施工較近范圍的區域,表3所示為兩種施工順序施工結束時地層豎向位移分布狀況,由表3可以看出:地表無建筑物時,采用先上洞后下洞施工順序的地層最下沉值為5.3mm(上洞拱頂)、最隆起值為16.0mm(下洞拱底),兩洞之間的地層位移表現為向上隆起;采用先下洞后上洞施工順序的地層最下沉值為6.5mm(上洞拱頂)、最隆起值為17.1mm(下洞拱底),兩洞之間的地層位移表現為向下沉降。地表有房屋基礎工程條件時,采用先上洞后下洞施工順序的地層最下沉值為30.6mm(上洞拱頂)、最隆起值為19.6mm(下洞拱底)、兩洞之間的地層位移表現為向下沉降;采用先下洞后上洞施工順序的地層最下沉值為23.7mm(上洞拱頂)、最隆起值為18.9mm(下洞拱底),兩洞之間的地層位移表現為向下沉降。由此可見,當地表無建筑物時采用先上洞后下洞施工順序引起的地層最沉降和最隆起值都將小于采用先下洞后上洞施工順序引起的地層豎向位移的相應值;但在地表有房屋基礎工程條件時,以上結果則剛好相反。
1工程背景
深圳地鐵3號線的老-東(老街站—東門中路站)區間位于深圳市老街、東門核心商業中心區,該范圍人流密集、道路交錯、地下管線縱橫。由于受老街站控制,上下隧道的最小凈距為1.6m。隧道下穿的房屋除兩處需進行托換外,部分為6~8層磚混、擴或筏板基礎的房屋,地面沉降控制十分嚴格。本文以此為工程背景,對同一斷面處地表沒有任何地面建筑和地表有房屋基礎兩種工程條件下的上下重疊隧道進行數值模擬研究。
2工程水文地質
分析斷面為ZCK7+920,斷面巖土自上而下為<1>人工填土,<3-6>、<3-2>、<3-3>砂層,<6-2>殘積土層以及<12-1>全風化、<12-2>強風化、<12-3>中等風化基巖,圍巖均一性級差,綜合判定圍巖為Ⅵ級。該段地下水位埋深為3.6m,滲透系數K=2.5m/d,隧道單位長度涌水量q=11.2m3/d·m。
3數值模擬概況
3.1房 基
房屋基礎為8層磚混擴房屋基礎,埋深4m尺寸為4m×4m,基礎中心間距為9m×9m(現場竣工圖)。根據我國房建的現狀對作用在房基上的荷載進行偏于安全的估算:取每層房屋單位面積的總荷載為12.5kN,則作用在每平方米房基上的荷載為(12.5×8×9×9)/(4×4)=506.25kN,數值模擬取510kN。
3.2?！⌒?
采用通用軟件ANSYS程序對本工程條件下先上洞后下洞和先下洞后上洞兩種施工順序的施工全過程進行研究。研究采用2節點等參平面梁(beam3)單元模擬盾構隧道襯砌,平面4節點等參實體單元(plane42)模擬地層;單元和節點總數都約為1500,計算參數與地質勘察參數完全相同;計算范圍為水平方向長70m,垂直方向從地表向下取總長60m;地應力場按自重應力場考慮;邊界條件為:左右邊界水平約束,下邊界垂直方向約束,地表為自由面。
4數值模擬結果與分析
4.1地層應力
單洞施工過程中,地應力場變化較的區域主要位于兩側拱腰(水平位置)偏下的區域,而施工全過程地應力場變化最的區域是下洞兩側拱腰(水平位置)偏下的區域,表2所示為兩種施工順序施工結束時地層局部最主應力分布狀況。由表2可以看出:在地表無建筑物的工程條件下,采用先上洞后下洞施工順序的地層局部最第三主應力為0.515MPa,采用先下洞后上洞施工順序的地層局部最第三主應力為0.517MPa;在地表有房屋基礎的工程條件下,采用先上洞后下洞施工順序的地層局部最第三主應力為0.784MPa,采用先下洞后上洞施工順序的地層局部最第三主應力為0.766MPa。由此可以得出:在地表無任何建筑物的工程條件下,采用先上洞后下洞施工順序的地層局部第三主應力小于先下洞后上洞施工順序的地層局部第三主應力;但在地表有房屋基礎的工程條件下,以上結果剛好相反。
4.2地層位移
施工過程中地層豎向位移主要集中在兩隧道拱頂以上和仰拱以下的豎直區域,并且各典型施工階段地層位移較的區域主要集中在離當前施工較近范圍的區域,表3所示為兩種施工順序施工結束時地層豎向位移分布狀況,由表3可以看出:地表無建筑物時,采用先上洞后下洞施工順序的地層最下沉值為5.3mm(上洞拱頂)、最隆起值為16.0mm(下洞拱底),兩洞之間的地層位移表現為向上隆起;采用先下洞后上洞施工順序的地層最下沉值為6.5mm(上洞拱頂)、最隆起值為17.1mm(下洞拱底),兩洞之間的地層位移表現為向下沉降。地表有房屋基礎工程條件時,采用先上洞后下洞施工順序的地層最下沉值為30.6mm(上洞拱頂)、最隆起值為19.6mm(下洞拱底)、兩洞之間的地層位移表現為向下沉降;采用先下洞后上洞施工順序的地層最下沉值為23.7mm(上洞拱頂)、最隆起值為18.9mm(下洞拱底),兩洞之間的地層位移表現為向下沉降。由此可見,當地表無建筑物時采用先上洞后下洞施工順序引起的地層最沉降和最隆起值都將小于采用先下洞后上洞施工順序引起的地層豎向位移的相應值;但在地表有房屋基礎工程條件時,以上結果則剛好相反。
