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1、总第106期 西部探矿工程seriesNo.1062005年第3期WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERINGMar.2005文章编号:1004—5716(2005)03—0096—03中图分类号:U45112文献标识码:B·隧道工程·北京地铁五号线某车站地表变形的有限元分析12张永智,罗红杰(1.中铁西南科学研究院,四川成都610031;2.北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044)摘 要:主要应用日本软脑公司研制的2D-σ地下工程分析软件,根据现场实际情况,按
2、照现场的施工工序对北京地铁五号线灯市口车站施工过程建立模型和进行了模拟,并结合所得的力学分析结果对现场施工进行了指导,保证了工程安全顺利的进行。关键词:地下工程;地表下沉;支护 在大量的地下工程实践中,人们普遍认识到,隧道及地下洞室工程,其核心问题,都归结在开挖和支护两个关键工序上。而开挖和支护所追求的最终结果就是保持建成后洞室最好的稳定性和最小的沉降。本文结合北京地铁五号线灯市口车站场址的水文地质等现场实际情况,建立了有限元模型,对该工程进行了力学分析,对工程施工方法产生的地表变形的影响进行了评估。
3、1 工程概况北京地铁五号线灯市口车站为地下三跨双层岛式暗挖车图1 灯市口站计算模型图站,地下共二层,地下一层为站厅层,地下二层为站台层。车站总长度178.80m;总宽度为20.50m;站台宽度12m。灯市口所在位计算中初期支护采用梁单元模拟,二衬采用块体单元模拟,考虑置为繁忙市区交通干道,车站施工期间不能断路。沿东四南大街不同的地层。施工完毕时的模型及网格划分图如图1,共划分了有多条管线,主要集中在规划道路中心线西侧,天然气管、通讯电2726个单元,7951个节点。计算范围向上取到地表,左右两边各缆、污
4、水管、污雨水管、上水管、电力管、热力管等管线。规划道路取了45m,向下取了20m。左右两边采用水平约束,下边采用竖中心线东侧贴红线内有外顶高约8.915m的人防通道。上述管向约束。各土层的计算参数见表1。线对车站主体无影响,但1500×1800电力管及Á500×2热力管等管线对西侧出入口通道的布置有一定影响。人防通道对东侧表1 各土层计算参数出入口通道及风亭的布置也有一定影响。密度计算弹性模抗剪强度摩擦角地层名称泊松比2 主体结构施工方法(g/cm3)(MPa)(MPa)(°)本站两层三跨框架主体结构为
5、暗挖部分,由侧墙、梁、板、柱杂填土1.790.30.0230及三连拱等构件组成。施工方法采用暗挖顺作法。施工时,从地粉土2.080.350.02330粉砂2.05250.23028面施做钻孔灌注桩,同时采用中隔壁法暗挖上下两个中导洞,并粗砂2.01340.2040在中导洞内施做二次衬砌、顶底纵梁及中间立柱;其次开挖两侧砾石2.17480.19033拱部土体并施做初期支护,凿除上导洞初期支护;然后由上向下初期支护25255000.2--开挖基坑并设置各道临时支撑,待开挖至基坑底设计标高后,由二次衬砌253
6、00000.2--下向上施作主体结构及内部结构。由于导洞的宽度较大,加之拱顶处围岩自稳能力差,采用中隔壁法施工中间上下导洞,再采用 为了全面模拟施工过程,模拟计算采用了14步。第一步开超前管棚对地层注浆预加固。挖上下中导洞左侧;第二步支护上下中导洞左侧;第三步开挖上3 计算模型的建立下中导洞右侧;第四步支护上下中导洞右侧;第五步拆除上下中进行施工过程中的地层、地表变形分析的目的,是对推荐的导洞中间临时支撑;第六步施做顶部和底部二衬,中柱。第七步施工方法产生的对地层中管线和地表变形的影响进行评估,以开挖
7、左右两个上导洞;第八步支护左右两个上导洞第九步在左便预测和采取相应的施工辅助措施。对于暗挖结构部分,其上方右两个导洞底部施做第一道横支撑,向下开挖;第十步在开挖面管线较多,施工时很可能发生大的沉降,导致管线断裂,地表塌陷底部施做第二道横支撑,和中间土体一起向下开挖;第十一步在等严重事故。因此灯市口站对暗挖段进行了施工力学分析。开挖面底部施做第三道横支撑,拆除中间导洞上侧临时支护,向计算采用日本软脑公司研制的2D-σ地下工程分析软件,下开挖到底部;第十二步拆除第三道横支撑,施做底板二衬;第十2005年
8、 张永智,罗红杰:北京地铁五号线某车站地表变形的有限元分析第3期97三步做中墙,拆除第二道横支撑,施做边墙;第十四步拆除第一道施工中典型分析阶段的地表沉降、地表下4m地层沉降如表横支撑,施做顶板剩余的二衬。2所示。分析表2可以看出,沉降在开挖中洞的左侧上面、拆除4 计算结果分析中导洞临时支护、边导洞初期支护完毕,架设第一道横支撑,并继4.1 地表及地层变形分析续向下开挖土体,地表产生了较大的沉降。表2 典型施工阶段地表、地
