重庆轨道交通6号线tbm施工围岩稳定性数值模拟研究

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1、重庆轨道交通6号线TBM施工围岩稳定性数值模拟研究　　摘要：重庆轨道交通六号线拟采用敞开式TBM施工。因施工工艺，初期支护滞后于TBM掘进，且二次衬砌需在掘进全部完成后进行，滞后时间较长。因此，在可行性研究阶段需要对围岩稳定性进行分析。通过选取代表性岩层进行数值模拟分析，得出围岩应力和地表沉降均满足要求，确定了采用敞开式TBM施工的可行性。关键词：TBM，数值模拟，可行性研究，Abstract:ChongQingMetroLine6planstousetheopenTBMconstruction.Duetotheconstructionprocess,theinitialsupp

2、ortlagsbehindtheTBMboring.Andtheconstructionofthesecondaryliningisneedtobehindalltheboringcompleted,thelagtimeislonger.Soweneedtoanalyzethestabilityofsurroundingrockinthefeasibilitystudystage.Byselectingtherepresentativerocktodothenumericalsimulationanalysis,theresultofsurroundingrockstressan

3、dsurfacesubsidencemeettherequirements,wesurethatusingopenTBMisfeasible.6Keywords:TBM,NumericalSimulation,Feasibilitystudy中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：1概述重庆轨道交通六号线为“基本线网”中西北方向到东南方向的直径线，纵贯核心城区和中央CBD，为联系南岸区、渝中区和江北区、北部新区、北碚区。其中六号线一期工程五里店站～竹林公园站段，约12Km，拟采用敞开式TBM施工。由于敞开式TBM的施工工艺，初期支护滞后于掘进，且二次衬砌需在掘进全部完成后进行

4、，滞后时间较长，因此，在可行性研究阶段需要对围岩稳定性进行分析，以判断能否满足掘进要求。图1轨道交通六号线五里店——竹林公园站位置示意图2水文地质概况6沿线地层结构简单，由第四系全新统松散土层，侏罗系中统上、下沙溪庙组，三叠系上统须家河组、中统雷口坡组组成。线路埋深在10～50米之间，绝大多数地段穿越侏罗系中统上、下沙溪庙组，砂岩与砂质泥岩呈不等厚互层状，岩体裂隙不发育～较发育，呈厚层状～巨厚层状结构。沿线地下水一为赋存于松散层中的孔隙潜水；二是赋存于基岩风化层中的裂隙水，地下水不发育，调查中未发现大的不良地质构造。在建立数值分析模型时，选择沿线具有普遍性和代表性的Ⅳ级围岩进行分

5、析。表1围岩参数取值表3数值模拟分析3.1使用MIDAS模拟原理本次模拟分析采用MIDAS有限元软件。基本思路为：根据实际尺寸建立好模型，赋予模型中各个参数的属性和特征，使其有效的模拟实际结构中的相应部分；在开挖过程中，利用有限元软件的单元生和死的功能激活和杀死单元，以此来实现围岩的开挖，循环该操作即可实现全隧道的开挖；通过软件的后处理功能可以得出在隧道的开挖过程中，围岩的位移、应力以及初支结构所受的内力，根据地表各点的沉降量可以得出随着隧道的开挖地表的沉降曲线。3.2模型建立数值模拟模型建立以六号线为基础，边界条件选取具有代表性的Ⅳ级围岩，模拟在20m长度范围内，使用两台敞开式

6、TBM施工，分析TBM开挖后围岩的稳定性。两洞净间距按7m考虑，地表荷载为25Kpa。掘进步骤为，第一步，左右洞未掘进；第二步，左洞TBM掘进10m，右洞TBM准备掘进；第三步，左洞TBM掘进完成，右洞TBM掘进10m；第四步，左右洞全部掘进完成。6图2计算模型3.3模拟计算结果(1)第一步，围岩处于初始应力状态从应力图可以看出，周围岩体初始应力主要以压应力为主。最大压应力为670.8kPa。图3隧道周围岩体初始应力（σZ）（2）第二步，左洞开挖10m,右洞未开挖。从应力图可以看出，周围岩体主要以压应力为主，最大压应力为695kPa，地面最大沉降为0.613mm。图4隧道周围岩体

7、竖向位移（σZ）图5隧道周围岩体竖向应力（σZ）图6隧道周围岩体大主应力（σ1）图7隧道周围岩体小主应力（σ3）（3）第三步，左洞开挖20m，右洞开挖10m。从应力图可以看出，周围岩体主要以压应力为主，最大压应力为691kPa。地面最大沉降为0.822mm。图8隧道周围岩体竖向位移（σZ）图9隧道周围岩体竖向应力（σZ）图10隧道周围岩体大主应力（σ1）图11隧道周围岩体小主应力（σ3）6（4）第四步，左洞开挖20m，右洞开挖20m。从应力图可以看出，周围岩体主要以压应力为主，最