地铁大跨度小间距隧道近接施工影响预测论文

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1、地铁大跨度小间距隧道近接施工影响预测论文.freel,如图1所示。根据该站站后小交路区段的使用功能,具有多种断面形式并涉及多种施工方法;从常规的单线小断面到双线、三线的大跨断面,最大净跨19.8m,初支0.3m,二衬1.0m,双侧壁导坑法施工,一般断面初支0.3m,二衬0.5m,采用CRD法施工;多类隧道工程近接问题包括各暗挖隧道自身在先后施工过程中的相互影响,且大断面从广铁南站车间及多层住宅楼、如意坊一号仓库下穿过,为框架结构。其中如意坊一号仓库桩基距隧道拱顶最小距离仅为1.8m,且设计单桩承载力较大,

2、达560t,隧道施工近接房屋桩基的问题更为突出,可能因过大沉降和倾斜造成建筑物开裂甚至破坏,更可能因开挖时隧道拱顶和掌子面的坍塌而导致的结构物坍塌的大事故,风险较大。3工程地质本段地层自上而下分别为:杂填土5.6m,淤泥质土1.5m,淤泥质细砂8.7m,淤泥2.45m,粉质粘土1.45m,强、中、微风化基岩层。本段地下水较丰富,与珠江水系联通,隧道拱顶埋深约24～29m,主要位于中、微风化岩层中,局部位于强风化地层。围岩及建筑材料物理力学指标见表1。4预测方法与模型预测分析采用三维有限元施工模拟法结合类比

3、法进行,有限元计算为充分模拟隧道的三维空间效应,计算模型所取范围是:从如意坊车站端部开始,沿地铁线路方向,包含小交路区段的大约200m纵向(Z轴方向,起点为YAK7+112)范围。考虑隧道开挖应力重分布的影响,以隧道区域为核心,横向(X轴方向)范围取130m,竖向(Y轴方向)取至地面,下取至隧道地板下约40m,结构物模型如图2所示。在模型范围,地铁工程的结构物有小交路暗挖隧道,12m×28.6m×38m的施工竖井,以及盾构隧道,民用建筑物有广铁南站车间及多层住宅楼及其桩基(A9)、如意坊一号仓库及其桩基(

4、A5)和1幢高层及其桩基。模拟计算采用ANSYS有限元通用程序,整个模拟过程中有限元模型共划分为22.3万个单元,计算中初衬、二衬和管片采用弹性壳单元模拟,群桩用空间梁单元模拟,其余桩基及地层及均采用弹塑性8节点空间实体单元模拟。其中建筑物桩基均按端承桩考虑,与地层的连接采用耦合一定自由度的方法实现。5数值模拟结果与分析5.1隧道施工对建筑物的影响范围根据典型横断面在不同施工步时的沉降曲线(图略)以及隧道横向地表沉降曲线图,可得出几个横断面的横向影响范围,其中最大影响范围约从-30～60m,共计90m。5

5、.2对建筑物产生影响的小交路隧道范围⑴对A5产生影响的隧道范围根据A5段地表特征点位移的开挖影响线(图略),可得出隧道的纵向影响范围,由于断面大小不同,在此选取最大影响距离作为共同的纵向影响值。在隧道掌子面前方的最大影响范围约35m,后方的最大影响范围为60m。⑵对A9产生影响的隧道范围由于A9段隧道为对向施工,因此横坐标选用施工步,根据A9段地表特征点位移的开挖影响线(图略),可得出隧道的纵向影响范围,由于断面大小不同,在此选取最大影响距离作为共同的纵向影响值。在隧道掌子面前方的最大影响范围约30m,后

6、方的最大影响范围为50m。5.3受隧道施工影响的建筑物安全评价以A5为例,分析其位移的变化过程,从各施工阶段建筑物及桩基的位移图可以看到建筑物的位移和倾斜逐渐增大,桩顶最大沉降为24mm。为进一步对A5建筑物的安全进行评价,选取A5建筑物的两条水平地面基线即AB线和AD线进行评价。根据不同施工阶段的沉降曲线(图略),可见位移值不断增大,建筑物向大跨断面方向的倾斜也逐渐增大。根据规范,各建筑物的沉降和倾斜指标都在允许范围内(见表2),但由于计算中并未计及也无法计算失水沉降的影响,根据以往施工经验,失水沉降值

7、较大,可能使沉降和倾斜值超限,因此建议在设计和施工中要有充分的止水措施,或根据经验并结合试验采用以堵为主、限量排放的方法。6结论6.1如意坊站站后小交隧道下穿框架结构的大型重载仓库和多层民房,工程的综合规模、难度和复杂程度是较少见的,具有一定的风险。采用有限元三维施工模拟预测对既有结构物的影响,可以分析预测影响范围和程度等。6.2受隧道施工影响的范围和隧道的跨度、埋深、隧道间的净距等关系密切,隧道跨度大的影响范围大,故施工中要注意大断面隧道的施工。6.3地表建筑物的安全性评估必须先对结构物的现状进行评估,

8、然后按照相关规范和技术规程进行评估,各建筑物的沉降和倾斜指标都在允许范围内。6.4三维有限元施工模拟计算验证了设计方案的合理性。