小净距隧道断面施工过程的数值分析.pdf

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1、工程试验与研究广东建材2012年第7期小净距隧道断面施工过程的数值分析李为洁(上海市隧道工程轨道交通设计研究院深圳项目部)摘要：对浅埋小净距隧道施工过程进行数值模拟，研究了不同开挖顺序下施工力学数值模拟，分析了不同开挖顺序下的洞身沉降、地表沉降，并进行了比较。同时，研究了最终围岩应力、位移以及中墙岩体位移。研究结果表明：对于同一平面内两个断面尺寸大小不同的小间距隧道施工，先开挖大断面隧道后开挖小断面隧道，优于先开挖小断面隧道后开挖大断面隧道；拱顶、拱底和中墙岩体均是施工中应关注的部位。关键词：小净距；数值模拟；施工优化目前，随着我国交通运输量的日益递增，需在公路、行注浆加固。铁路、地铁上修建越

2、来越多的大断面隧道。小净距隧道由于双线型隧道与单线型隧道的最小净距为已成为较为常见的隧道形式。小净距隧道是介于普通分1．2m，为分析小净距情况下地层及结构的受力及变形情离式隧道与连拱隧道间的一种新型隧道结构型式，它由况，采用PlaxiS程序进行计算，采用地层与隧道共同作于受地形条件以及总体线路线型的限制小，同时又比连用的地层一结构模式，按平面应变模型模拟计算分析了拱隧道施工工艺简单、易于防水处治、造价易于控制㈣。小隧道施工阶段地层和初期支护的受力情况。计算中地层净距隧道的“中墙”是加固的岩柱体，在“中墙岩柱体”强采用Hardening—Soil实体单元进行模拟，Harden-度较理想的以高级别

3、围岩条件下，优先考虑选用小净距ing—Soil是一个可以模拟软土和硬土在内的不同类型隧道方案鹞]。本文针对某地铁隧道为工程背景，利用有的土体行为的先进模型，它是一个弹塑性模型，能有效限元软件，对小净距隧道的施工开挖进行数值模拟，研地模拟土体压缩，以及隧道开挖问题中的卸载再压缩情究比较其不同施工工序下阶段的沉降及施工工法优化。况。地层参数见表l。初期支护锚杆和注浆体的计算参数见表2。1模型的建立地下水位约在地面下0．5m处。大断面隧道埋深约某地铁交叉渡线处双线型隧道(大断面)与单线型7．5m，开挖跨度15．15m，初期支护：350mm厚C25喷射混隧道(小断面)相邻，两个隧道问的净距小于3m，需

4、要进凝土；二次衬砌650mm厚C35模筑混凝土。小断面隧道行小净距岩柱加固。结构采用复合式衬砌，先施工隧道埋深约11．74m，初期支护：300mm厚C25喷射混凝土：二须在后施工隧道一侧边墙设置注浆锚管(注浆孔应先跟次衬砌300mm厚C35模筑混凝土。有限元模型如图1。管钻成孔，后采用袖阀管分层注浆，浆液采用超细水泥一水玻璃双浆液，要求加固后土体无侧限抗压强度不小2施工工序于0．8MPa)，后施工隧道在靠土柱侧的拱肩至轨面线高分析模拟施工阶段开挖过程及支护结构力学行为。度范围内的拱墙部位均增设超前注浆小导管辅助施工，大断面隧道，采用双侧壁导坑法施工．／J、断面隧道，采用后施工隧道初期支护封闭后

5、即对两隧道之间的土体进短台阶法施工。对不同开挖工序进行模拟，开挖步骤如表1地层参数层号岩土层名称重度直剪快剪岩体弹性模量静止侧压力系数泊松比渗透系数及状态Y(kN／m0)cq(kPa)q(。)E(X103MPa)KOUKv(X10％m／s)Kh(×10cm／s)④一2b2可塑粉质粘土l9．733．5130．450．3l1．41．1④一3bl一2可～硬塑粉质粘土20．145．7130．410．2923K一22强风化砂砾岩21．545l8O．420．350K50-3—3中风化砂砾岩23．91．50．42O．33000(岩溶区)一72—广东建材2012年第7期工程试验与研究表2锚杆和注浆体的"it算

6、参数道断面中，竖向位移集中在拱顶和拱底，拱顶产生向下的沉降，拱底向上隆起。应把拱顶和拱底作为着重控制面实施重点监控测量，施工中产生的竖向位移值是评价施工安全、质量的一个重要指标。开挖过程中，大断面隧道的拱顶沉降量大于小断面隧道的拱顶沉降量，工法1，小断面隧道的开挖对大断面隧道拱顶有轻微影响，大断面隧道拱顶的最终沉降值为1．7cm左右。工法2，大断面隧道的开挖对小断面隧道拱顶的横向变形影响趋图1计算模型势大，拱顶水平位移较工法1变形增大l9．3％。3．2地表沉降从图3沿x方向的地表沉降位移曲线，从图可看出，施工过程中，不论先开挖人断面隧道、后开挖小断面隧道还是先开挖小断面隧道、后开挖大断面隧道，

7、两种图2隧道开挖步骤工法x方向的位移变形很小很接近。工法l的最终位移图2所示，工法1先开挖大断面隧道后开挖小断面隧道变形为0．45lcm，工法2的最终位移变形为0．329cm。(①②③④⑤⑥⑦)，工法2先开挖小断面隧道后开挖大4140-020断面隧道(⑤⑥⑦①②③④)，大断面隧道上侧左、右导—。7．—·一工法1g0．00I—_工法2洞以及下侧左、右导洞不同时开挖，一般掌子面之问错雉0，20’掣04