青岛地铁小净距隧道动态施工力学行为研究

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1、岛地铁小净距隧道动态施工力学行为研究青岛地铁小净距隧道动态施工力学行为研究曹黎（广州电力工程监理有限公司510620）核心期刊征稿摘要：以在建“青岛地铁”非对称小净距隧道为依托，采用数值模拟，深入研究非对称小净距隧道变形特性、力学响应，总结台阶法、CRD法施工全过程力学行为规律。得出主要结论：(1)后行洞(断面大)施工对先行洞(断面小)拱顶和仰拱基本没有影响，先行洞变形主要受自身施工控制，其中关键控制步为Ⅲ区和临时支撑的拆除，会导致地表和拱部沉降突变，同时CRD法能有效减少洞身变形。(2)对于先行洞而言，中岩墙侧支护结构轴力大于背离中岩墙侧，弯矩和安全系

2、数小于背离中岩墙侧。对于后行洞而言，中岩墙侧支护结构轴力和弯矩小于背离中岩墙侧，安全系数大于背离中岩墙侧。(3)应采用非对称设计，加强先行洞中岩墙侧支护参数，而后行洞支护设计而言，背离中岩墙侧需加强参数，与先行洞规律相反。(4)围岩塑性区范围随施工步不断扩展，最终塑性区主要集中在中岩墙处，进一步验证中岩墙加固能有效提高小净距隧道整体稳定性，CRD法可有效度减小塑性区。研究成果对青岛地铁小净距隧道有指导意义，为今后类似非对称小净距隧道工程设计和施工具有参考价值。关键词：小净距隧道施工力学支护优化中岩墙稳定性中图分类号：文献标识码：5岛地铁小净距隧道动态施工

3、力学行为研究1引言随着我国城市地铁的飞速发展，隧道间的最小净距所带来的选线、土地征用、环境保护等多方面的矛盾日益突出，小净距隧道由自身独特的优点得到了大量的应用[1，2]。在地形基本对称时，非对称小净距隧道只受结构偏压和施工偏压的作用，合理的施工方法可以减小其偏压作用，提高自身整体稳定性[3~5]。目前学者对小净距隧道研究主要集中在爆破振动控制、量测和对开挖的数值模拟等方面，而对非对称小净距隧道动态施工力学行为研究较少[6~8]。从目前取得成果看，对小净距隧道施工过程中力学响应、变形等特性规律认识明显不足，更缺乏系统深入的研究，难以满足我国城市地铁隧道大

4、规模建设需要[9，10]。因此，对非对称小净距地铁隧道动态施工力学行为研究具有重要理论意义和实践价值。2工程概况青岛地铁北端与团岛端接线分离式隧道地下相接，工程设计起点（右线YK2+730，左线ZK2+755），路线以隧道形式沿团岛路向南，下穿部队营区，进入海底向西南，穿越胶州湾湾口，在接近薛家岛时上岸(右线半径为4945m)，于北庄村和后岔湾村之间出洞。最小隧道净距采用3.8m，埋深40m。3数值模拟3.1计算模型的建立隧道横断面方向为205m，隧道中心到底部边界选取45m，左右边界水平位移约束，下边界竖直位移约束，上边界为地表自由边界。初期支护和临时

5、支护采用BEAM3单元，围岩采用PLANE42单元。整个计算模型共有2640个单元，2503个节点，模型网格具体见图1。5岛地铁小净距隧道动态施工力学行为研究(a)整体网格(b)主要施工部位图1数值计算模型3.2计算参数参考地质勘察和设计院提供的参数分析报告，结合现行《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005），围岩、加固区及支护计算参数如表1所示。表1围岩物理力学参数项目重度γ(kN/m3)弹性模量E(GPa)泊松比μ粘聚力C(kPa)摩擦角φ（°）Ⅴ级围岩18.51.50.3512523.5中岩墙加固18.51.50.3515028.2初期支护2

6、5.028.00.17——3.3施工顺序根据现场实际施工顺序和工艺，先施工左洞，再施工右洞。其中，左洞为上下台阶法，右洞为CRD法，如图2所示。图2非对称小净距隧道施工顺序示意图4数值模拟结果与分析4.1围岩变形（1）地表沉降在评价隧道稳定性时，变形是重要数据之一。随施工步进行，地表沉降曲线逐渐增大，如图3所示。先行洞后行洞中岩墙加固区图3主要施工步结束后的地表沉降曲线从图3可以看出，左洞施工结束时，地表最大沉降为0.73mm。右洞对地表沉降影响较大，特别是右Ⅰ和右Ⅲ区的开挖，及最后临时支护的拆除。从位移变化来看，右Ⅰ、右Ⅲ区开挖及拆除临时支护是关键施工

7、步，需引起足够重视，确保施工安全及结构稳定性。（2）洞周关键点时程分析隧道周边关键点（拱顶、仰拱、边墙）变形随荷载步变化时程曲线如图4所示。(a)竖向变形左Ⅰ右Ⅱ右Ⅰ右Ⅱ右Ⅲ右Ⅳ(b)边墙水平变形图4洞周关键点位移随计算荷载步时程曲线注：1-初始平衡；3-左Ⅰ区支护；5-左Ⅱ区支护；7-右Ⅰ区支护；9-右Ⅱ区支护；11-右Ⅲ区支护；13-右Ⅳ区支护；14-拆除临时支护。从图4中可以看出，洞周竖向变形比较有规律，右洞施工（施工步大于5）对左洞拱顶和仰拱基本没有影响，左洞变形主要受自身施工控制。左洞施工对右洞变形影响也较小，右洞拱顶变形有两个突变点，分别为右

8、Ⅲ区施工（Step11）和临时支撑的拆除（Step14）。5岛地铁小净距隧道动态