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《地铁南京站下穿南京铁路站场施工过程的三维数值模拟及工程应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、地铁南京站下穿南京铁路站场施工过程的三维数值模拟及工程应用摘 要:受南京火车站铁路站场制约,南京地铁一号线南京站分为南北两个明挖区和铁路站场下方过站区.过站区为双线隧道,隧道跨度大、埋深浅、线间距小,采用矿山法施工难度和风险极大.为配合施工,采用FLAC三维数值分析软件,按实际的开挖顺序和施工工艺,对过站区开挖过程进行了模拟.得出过站区隧道施工引起的地层沉降和塑性区分布,数值计算结果表明过站区施工方案是合理可行的,计算结论为地层加固范围提供了依据,对过站区隧道施工有指导作用.施工实践也证明了依据数值计算结果所采取的施工辅助措施对确保地表线路安全和隧道施工安全效
2、果明显.关键词:大断面隧道;下穿铁路站场;矿山法;三维数值模拟1工程概况南京地铁一号线南京站以80°角下穿南京火车站铁路站场,是国内第一个采用矿山法在既有铁路站场下施工的地铁车站,受铁路站场制约,地铁南京站划分为南区、北区和过站区3个部分(图1).南区、北区为双层明挖箱型框架结构,车站中部为暗挖分离双洞隧道,称之为过站区.暗挖隧道埋深6。69~8.06m,单洞长度均为66.56m.隧道开挖高度9.546m,跨度11m,两条隧道中心线间距15.46m,中间设有两条横通道相连.隧道围岩为Ⅴ级,采用复合式衬砌结构,初期支护为钢筋网、喷射砼和格栅钢架,厚度350mm;
3、二次衬砌为模筑钢筋砼,厚度500mm.过站区隧道断面形式见图2.为有效控制地表既有站场的沉降,保证南京火车站行车安全和隧道施工安全,在过站区隧道施工前,对站场内隧道穿越的所有线路均采用架设D24型便梁进行加固,两隧道之间的便梁支墩采用箱涵,并在箱涵内设置静压钢筋砼方桩,隧道外侧的便梁支墩采用钢筋混凝土扩大基础.有关隧道施工及线路加固的详细方案见(5)隧道洞身穿越地层主要为强风化闪长岩,拱顶土层主要为粉质黏土,地层物理力学参数见表1.根据以上情况建立计算模型,共划分单元50556个,节点总数54162个,开挖前后三维计算模型的网格剖分如图4、图5所示.3计算结果
4、及对工程施工的指导意义(1)过站隧道施工引起的地表沉降预测几个典型施工阶段的隧道地表最大沉降和隧道左线施工完毕后的地表沉降云图和模拟地层的竖向位移云图见封三图6.右线施工完毕后的地表沉降云图和整个模拟地层的竖向位移云图见封三图7.数值计算结果表明:地表最大沉降在允许值的40mm范围内,应该说过站区暗挖隧道所采取的施工方案能够将地表沉降控制在允许值范围内.过站区施工期间,在线路股道中间和便梁支墩上均布置了沉降测点.随隧道开挖进程对地表线路沉降和便梁两侧的支墩沉降进行跟踪监测[3].在施工过程中,对过站区地表沉降的实际监测结果[3]略小于计算值.因为实际监测值是工
5、程辅助措施应用后的效果体现,这也从一个侧面证明了根据计算的塑性区分布和应力状态确定的辅助施工措施的有效性.(2)塑性区分布施工完毕时的隧道周边塑性分布情况见图8所示.由图8可知,左右线全部施工完后,隧道周边的塑性区范围主要集中在隧道上半部和隧道之间部分土体,这部分土体为粉质黏土,施工中要注意采取预加固措施.根据塑性区分布的计算结果,在隧道开挖前对中间箱涵两侧及底部地层进行了注浆加固[1],加固目的是为了提高桩与土体之间的摩擦力,保证中间箱涵支墩的稳定.(3)应力状态分析施工完成,隧道周围模拟地层的最大主应力云图和最小主应力云图如封三图9所示.最大主拉应力分布在
6、拱顶和拱底位置,在靠左(右)线的侧墙位置有较大的主压应力.根据应力状态的计算结果,隧道拱顶和隧道两侧应力较大,是施工中需要关注的重点部位,隧道施工中,强调及时施作中隔壁,并设置锁脚锚杆,两隧道之间设置对拉锚杆[1].4结论(1)在施工方案实施前,应对施工的环境影响特别是地表沉降进行预测,确定施工方案能否将地表沉降大致控制在允许值范围内.(2)数值计算得出的隧道周围地层塑性区分布和应力状态,能够为地层加固措施及辅助施工方案的选择提供理论依据.(3)地铁南京站过站区的施工实践也证明了依据数值计算结果所采取的施工辅助措施对确保地表线路安全和隧道施工安全效果明显.参考
