盾构隧道基础上修建三条平行隧道

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1、盾构隧道基础上修建三条平行隧道摘要结合我国地铁区间单线盾构隧道直径6m左右的实情，提出了在盾构隧道的基础上修建三条平行隧道岛式站台车站方案。对该车站结构的施工力学行为进行了二维有限元数值模拟分析，得出了车站主体结构在施作过程中的受力特征，并对其施工安全性作出了评价，最后提出了相应的设计和施工方面的建议。本研宄成果可为今后实际工程的设计和施工提供参考。关键词地铁车站盾构隧道三条平行隧道结构力学行为设计与施工目前，在我国城市地下铁道建设中，盾构法因其良好的防渗漏水性、安全快速、对环境影响小等优点得到了大量采用，如上海

2、、广州和南京等，但仅限于单线区间隧道。如果能直接采用盾构法或在盾构隧道的基础上扩建地铁车站，可有效地提高盾构设备的作业长度，无需先修建车站作为盾构机的进出井，这样可缩短建设周期，并从总体上较大幅度地降低工程造价，还可解决采用明挖法修建地铁车站时大量占用交通要道、影响车辆通行等弱点。在国外这种方法得到了大量采用，如日本在盾构隧道的基础上，采用托梁法或半盾构法扩挖建成地铁车站（东京地铁7号线的永田町车站），以及直接采用固定式或分离式连体盾构机修建地铁车站（都营地铁12号线饭田桥站和六本木站）：而前苏联，以小盾构隧道作

3、为拱座，修建单拱结构（单层或双层）作为地铁车站，或直接用直径为9〜10m的盾构机建成三条平行隧道车站（基辅地铁车站）［1，2］。结合广州地铁三号线林和西路站，作者在国内首次对在区间盾构隧道的基础上修建地铁车站的方案进行了研究，提出了三条平行隧道岛式站台车站方案。该车站结构系在两条己经建成的区间盾构隧道中间，再单独采用暗挖法修建一条结构独立的隧道作为站台，用联络通道的方式将该隧道与盾构隧道联结，站厅设在地面或两端地下，站台两端还可设辅助用房。其断面的尺寸根据《广州市轨道交通三号线工程总体策划纲要（讨论稿）》（XX-

4、02-19）中的车站施工方法及综合情况一览表进行确定，三条平行隧道岛式站台车站方案断面图如图1所示。本文对该车站结构的施工力学行为进行了二维有限元数值模拟分析研究。图1三条平行隧道岛式站台车站断面（单位:mm）1地形地质概况林和西路站位于天河北路与林和西路交叉口，呈南北向，周围超高层的地域标志性建筑物较多，为该地区主要城市景观结点之一。该车站的主要特点：车站所在的林和西路现状道路较窄，交通繁忙;站两侧建筑物距离较近，站位东、西向调整幅度非常有限;站位所处位置两旁建筑物的地下室己超出道路规划红线，造成出入口及风亭的

5、布置困难；客流量较大;地下管线都很密集。场地为珠江一级堆积阶地，第四系覆盖层以人工堆积、冲洪积、残积为主，厚5.1〜14.5m，局部可见透镜体状淤泥质土和细砂，地质构造简单，未发现有断层通过。林和西路站所在的地层从上到下为:人工填土、冲积粘土层、残积土层、岩石强和中等风化带、岩石风化带和岩石微风化带。该段地层水文地质主要为部分地段砂层孔隙水及中风化岩裂隙水，稳定地下水位埋深〜m。2施工过程力学行为有限元模拟分析2.1基本考虑为了考察该车站主体结构、普通盾构管片和临时支护在施工过程中的可行性与安全性以及围岩的稳定性

6、，采用二维有限元对车站修建整个过程进行了数值模拟分析。采用平面应变有限元法、围岩本构选用Drucker-Prager(D_P)准则、支护衬砌用弹性本构、用单元的“生(alive)”与“死(kill)”的性质和等效释放载荷的概念来模拟隧道的开挖[3]。使用等参四边形单元(plane42)模拟围岩，梁单元(beam3)模拟主体结构、普通盾构管片衬砌和临时支护结构。计算边界为:左右边界为1.5倍三连拱隧道跨度，下边界为1倍三连拱洞室高。整个模型高33.12m，宽80m，轨面埋深为20.0m。为了获得较为可靠的分析结果，

7、本次采用大型通用有限元软件ANSYS程序进行了数值分析，其有限元网格划分如图2所示。2.2力学参数针对林和西路站地质勘测，将其从上到下围岩图2有限元网格地质情况综合合并简化为3层材料性质的岩土体进行计算分析，即地表浅层（合并了人工填土、冲积粘土层和稍密残积土层）、隧道所在层（中密残积土层）和隧道底层（岩石各种风化带），其合并后地层参数为各合并层参数按层厚的加权平均值。盾构隧道管片衬砌采用C50钢筋混凝土，考虑到接头对管片结构整体抗弯刚度的影响，取刚度折减系数为0.8、弯矩增大率系数为0.3[4]。主体结构为C30

8、钢筋混凝土，临时支护钢支撑用14号工字钢（A3钢，惯性距712X10_8m4,面积21.5X10-4m2，截面高14cm）、每米一榀;喷混凝土用C20混凝土，厚度为25cm;最后修筑的二次衬砌为C30钢筋混凝土。拱顶地层加固范围为2.0m,加固区岩体和超前支护采用将围岩参数提高的等效方法进行模拟。所有材料物理力学参数列于表1中。2.3开挖模拟过程概述用暗挖法中CRD工法施