北京地铁六号线盾构穿越地铁FLAC3D数值分析报告.doc.doc

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1、北京地铁六号线青年路车站～十里堡车站区间隧道穿越铁路FLAC3D数值分析报告中国矿业大学（北京）土木工程系二Ο一零年一月301.概述1.1引言地铁区间隧道盾构法施工是目前广泛采用的隧道施工技术。在我国，地铁施工造成地面沉陷、周边建（构）筑物损害、隧道涌水、城市生命线工程损害等事故时有发生，往往造成严重的经济损失与社会影响；其中隧道施工引起地层沉降的三维预测与控制问题尤显重要。在隧道工程施工以前，国内外普遍采用数值模拟分析计算的方法预测施工引起的地表变形及对周边建构筑物的影响。即将建设的北京地铁六号线工程——青年路车站～十里堡站区间隧道工程，盾构隧道从铁路下穿过

2、，考虑到建筑物稳定性的需要，需对此施工过程进行数值分析。本报告采用国际上最先进的岩土工程数值分析软件系统，对隧道施工进行了三维数值分析，来说明隧道施工的先后顺序。1.2工程概述十里堡站~青年路站区间沿现状朝阳北路道路南侧地下敷设，线路呈东西走向，西段区间起于朝阳北路与十里铺路相交路口的十里堡站，出站后沿朝阳北路路中向东敷设，线路经过一人行天桥、京包铁路及箱涵，止于朝阳北路与青年路相交路口的青年路站。区间全长1041.54m，采用盾构法施工。在区间中部穿越京包铁路及京包铁路下的箱涵。铁路箱涵外包尺寸43.15m×7.8m，采用混凝土预制顶进施工，箱涵的南北两侧局

3、部设置护坡桩，桩长约14m。铁路为5股道，分别是电厂专用线，东北环线，星双联络线，砖瓦厂专用线和建材厂专用线。2三维数值分析建模与软件系统概述地铁隧道施工是典型的三维空间问题，盾构隧道施工引起的地表沉降具有显著的时空效应。隧道施工动态过程引起地层移动变形包括：先期沉降、前方沉降或隆起、通过时的沉降、建筑空隙引起的沉降与滞后沉降等。隧道施工对地表影响的研究方法有：经验公式、随机介质理论法、弹塑性与粘弹塑性理论解析法、数值计算方法等30。施工之前，基于现场工程条件的三维数值模型是计算地表沉降最有效的手段。基于三维数值分析的方法，能模拟实际土层的变异情况、盾构管片结

4、构—围岩共同承载特性、盾构施工的工艺参数、壁后注浆参数等，使预测趋于合理。2.1数值分析的建模依据（1）北京地铁6号线一期工程初步设计文件（2008.9）；（2）北京地铁6号线一期工程初步设计审查意见；（3）北京地铁6号线环境安全风险源分级汇总表（2009年4月）（4）《北京地铁6号线一期工程施工设计技术要求(送审稿)》；（5）《北京地铁6号线一期十里堡站~青年路岩土工程勘察报告》及后续的补勘报告；（6）北京地铁6号线一期工程线路资料（电子文件）（7）地铁6号线一期工程地形、管线图（电子文件）（8）降水咨询审查意见（9）《北京轨道交通6号线一期工程建(构)筑物

5、调查资料》（10）甲方及总体组提供的其他相关文件（11）国家、行业和北京地区相关的设计标准、规范、规程。2.2计算分析参照的标准规范(1)《地铁设计规范》（GB50157-2003）(2)《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）(3)《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）2.3数值计算的建模原则与计算模型概述建模原则：（1）采用三维数值模型，而非二维平面模型，旨在考虑隧道开挖的施工过程影响，便于分析由于施工过程引起地表移动的时空效应问题。（2）考虑盾构法动态施工过程，对该区间盾构隧道施工导致的地面建筑物沉降进行了FLAC3D数值计算分析30

6、（3）土层厚度、土层力学参数、地下水位等水文地质条件等按照勘察报告提交的参数进行选取，在不同的纵断面位置，按照建模位置对应的参数选取，土层厚度变化的按照该土层在该位置附近的平均值选取；土层强度参数按照勘察报告提供的建模位置相应钻孔的土层强度参数选取；当该位置无直接的土层勘察数据可选取时，则按照该土层的平均强度参数选取。（4）盾构类型与施工参数，按照北京地铁目前普遍采用的土压平衡盾构，即：数值计算建模考虑土压平衡盾构机在正常掘进工作状态下对上述不同模型的地表及周边建构物的影响。盾构掘进速度按照每天推进6~7环管片（如6环：7.2m/天）的推进速度进行施工过程模拟

7、。（55）考虑盾构施工过程的同步注浆和壁后注浆对围岩的加固作用，管片及注浆体和围岩共同承载。2.4数值分析用的FLAC3D软件系统介绍本次计算分析采用的软件系统是由美国引进的FLAC-3D系统，它是目前世界上最优秀的岩土工程数值分析软件之一。FLAC-3D是直接针对岩土工程的软件系统，其齐全的岩土材料与支护结构模型和强大计算功能是其他通用有限元软件系统难以比拟的。因此，国际隧道工程及其他岩土工程广泛采用FLAC-3D进行分析计算。FLAC（拉格朗日元法）是基于有限差分的数值计算软件，FLAC3D考虑了岩土材料复杂性、可变性，以及岩土的非均质、不连续、大变形、大

8、应变、非线性和峰值后强度特征。FLAC