地铁车站中洞法施工的三维数值模拟分析.pdf

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1、122低温建筑技术2014年第9期(总第195期)地铁车站中洞法施工的三维数值模拟分析刁焕亮，黄志强．．，李振涛(1．沈阳工业大学建筑工程学院．沈阳110870；2．辽宁省建筑材料力学重点实验室．沈阳110000；3．中铁三局集团第四工程有跟公司。北京1OO0O0)【摘要】利用ABAQUS有限元软件对地铁车站进行有限元模拟，车站采用中洞法施工。浅埋暗挖地铁车站的地表沉降和衬砌的受力问题一直以来都被广泛关注。本文采用ABAQUS有限元软件对车站进行了三维数值模拟，指出对地铁车站地表沉降的不利施工步序，衬砌受力的分布特点等。【关键词】中洞

2、法；ABAQUS；：1~表沉降；衬砌受力【中图分类号】TU921【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)09—0122—021工程概况时受扰动后，易软化，有可能产生突水、突泥。拟建地铁二号线松江路站位于山东路与松江路交汇处。站中心里程AK8+992．000，车站起点里程AK8+902．360，车站终点里程AK9+071．360，长约．堡曼塑2500169m。设计结构底板高程23．57～23．97m。拟采用中洞法施工。本站共设有4个出入口，2个风亭组。中墩繁l2∞xIlI-l①素填土，层厚0．50—5．30m，层底标高

3、34．77—46．44m。⑦。粘土层厚1．50～39．40m，揭露层顶标高7．76—46．44m。⑦2含卵石粘土揭露层厚1．90～23．50m，揭露层顶标高l3．43～39．16m。⑦卵石揭露层厚2．20—30．00m，揭露层顶标高15．63～39．97m。图l主体结构横断面尺寸(单位：mm)④，全风化白云质灰岩，层厚2．30—7．90Ill，层底标高10．64—31．91in。⑩强风化白云质灰岩揭露层2车站主体结构厚2．90m，层底标高31．99～23．30m。⑩中风化白云车站采用复合衬砌结构形式，隧道横截面尺寸大质灰岩，层顶标高6

4、．45～33．40m，层顶埋深6．70致为20m×15m。中隔壁采用型钢支撑，初衬采用格—35．00m。栅钢架，中柱为钢管柱，二衬为钢筋混凝土材料。。溶洞：溶洞为灰岩溶蚀形成的，揭露洞高0．70—3中洞法开挖步骤6．00m，揭露洞顶埋深9．60—32．00m，揭露洞顶标高车站采用竖向挖成台阶后同步推进的方法，每一9．78—3O．01In，揭露洞底标高8．78～29．31m。步都紧随初期支护，如图2所示。主要施工步序如下：⑧。全风化辉绿岩，揭露层厚21．9O一35．10m，揭(1)I区拱部超前小导管施工，I区开挖土体露层顶标高37．54

5、～40．58m。⑧强风化辉绿岩，揭露并正洞初期支护、临时中隔壁及仰拱施工。层厚1．00m，揭露层顶标高一12．88m。⑧中风化辉(2)相继对Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区开挖土体并进行临时中隔壁及仰拱施工。绿岩揭露层顶标高11．88m，层顶埋深29．20m。(3)I至Ⅳ区底梁、钢管柱、顶梁等施工。车站顶部围岩为冰碛粘土层、含卵石粘土层、卵(4)V区拱部超前小导管施工，V区对称开挖石层，全风化辉绿岩层，局部为素填土层，极易坍塌变土体并进行正洞初期支护、临时仰拱施工。形，易塌陷至地表。侧壁为冰碛粘土层、含卵石粘土层、卵石层、全风化辉绿岩层、全一强风化石灰岩

6、时，(5)VI区拱部超前小导管施工，Ⅵ区对称开挖土体并进行正洞初期支护、临时仰拱施工。极易坍塌变形，有可能产生突水、突泥。为中风化石(6)对Ⅶ、Ⅷ区对称开挖土体并进行正洞初期灰岩时较稳定。隧底为中风化白云质灰岩时强度较支护、临时仰拱施工。高，稳定性较好，为冰碛粘土层、含卵石粘土层、卵石层、全风化辉绿岩层、强风化白云质灰岩、岩溶充填物(7)纵向分段拆除中层临时支护，模筑二衬。刁焕亮等：地铁车站中洞法施工的三维数值模拟分析123钢格栅与初期衬砌采用壳单元模和弹性材料模型，围岩和二衬采用实体单元模拟和弹塑性材料MO．HR—COULOMB模型

7、。共划分87630个单元，，实体单元采用C8D3R，壳单元为S4R。模型四侧约束水平位移，底部约束垂直位移。土体力学参数根据实际工程和经验选取。参数见表1。4．2计算方法(1)由于实际当中车站施工一般情况下都要降水，所以模型只考虑重力和地表载荷的作用，先建立土体的地应力平衡，平衡后土体初始位移达到1E-9量图2主体结构开挖步序图级，与开挖所引起的位移相比足够小，地应力平衡基4车站主体施工的模拟分析本满足要求。4．1有限元的建立(2)衬砌都采用ABAQUS单元跟踪的方法，在采用ABAQUS有限元软件建立三维模型进行模衬砌的位置处基于土体

8、网格建立与土体单元共节点拟，如图3所示。底部和两侧取4倍车站主体横断面的新单元。但土体开挖时利用ABAQUS中MODEL的宽度⋯。超前小导管采用等效原则进行模拟，提高CHANGE，REMOVE命令将土体单元的刚度和质量矩