上软下硬地层下穿建筑物隧道数值模拟.pdf

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1、王【1东等：上软下硬地层下穿建筑物隧道数值模拟133上软下硬地层下穿建筑物隧道数值模拟王日东，杨潇(同济大学地下建筑与工程系岩土及地下工程教育部重点实验室。上海200092)【摘要】以青岛地区地铁某区间隧道穿越密集建筑物群为例，采用矿山法施工，利用有限元软件对该穿越工程施工过程进行数值模拟，重点分析了开挖过程中的地表和拱顶位移、支护结构内力等方面。研究表明，在上软下硬地层中采用矿山法分上下台阶施工安全、经济、快速，可以有效控制地表和拱顶沉降以及衬砌和支撑结构受力，确保施工过程的安全，对隧道在上软下硬地层

2、中下穿既有线或建构筑物的施工具有一定参考价值。I关键词】上软下硬地层；矿山法；隧道；下穿；数值模拟【中图分类号】U45【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)04—0133—03随着国内地下工程规模及复杂性的日益增大，施工中设备复杂、价格昂贵。施工过程中，机组人员的操作熟练程存在的风险因素越来越多，处理不当将可能带来巨大的经度以及施工经验，对隧道建设质量和施工安全会产生显著济损失和负面的社会影响。在地铁建设方面，大城市新建影响，机组人员的业务不精、决策失误或者操作不当，都是地铁项目大都

3、进行了影响分析。隧道穿越建筑物的风险源0J。盾构施工时，上软下硬的复本文以青岛地铁某区间隧道穿越密集建筑群工程为研合地层，易出现砂层流失，造成较大的地面沉降，引起房屋究对象，在此复杂地层条件下，对常用隧道施工方法进行了的不均匀沉降；通过中风化岩层时盾构刀具磨损较大，特别比选，确定采用矿山法分上下台阶施工，并进行了施工过程是下穿房屋需要换刀时操作困难，风险极大，因此不推荐采的有限元实验分析，主要从地面建筑物沉降值、隧道拱顶位用盾构法施工。移以及支护结构受力情况等方面进行了分析。(3)矿山法。矿山法同样具备

4、暗挖法优点，不中断交1区间隧道施工方法通，对城市环境的影响小，且施工技术成熟，施工灵活、青岛市城区大部分坐落于燕山晚期花岗岩上，地层条安全。件复杂，是典型的上软下硬土质情况。在如此地质条件下，矿山法中台阶法是将隧道断面分成上、下两个台阶开地铁隧道的拱顶一般处于强风化或中风化花岗岩中，围岩挖，上台阶开挖后，及时施做初期支护，在围岩失稳前尽快自承能力较弱，失稳几率大。开挖下台阶，开挖完成后，迅速进行支护，形成封闭结构，如青岛市地铁某区间隧道下穿某河流，区间隧道上半部图1所示。其主要优势是施工空间大，施工操作

5、方便，施工处于富水砂层中，洞身位于半砂半岩的地层中，下部处于中周期短。风化岩层中，为典型的上软下硬特殊地层，地面建筑物密集，均为6、7层楼房，且建筑年代久远，隧道开挖施工极易造成地下水流失，引起地面建筑物的不均匀沉降，给施工带来极大困难，施工风险极大。针对该区段隧道，在初步设计阶段进行了局部明挖方案、盾构方案和全暗挖方案三种工法的比较。图l矿山法分上下台阶施工开挖过程示意图(1)明挖法。在地面交通和施工条件可行的情况优先采用明挖法，其施工进度快、工期短，且工程质量有保证与造价有优势，但是明挖法对现代城市

6、生活影响巨大，不仅仅会阻塞交通，同时会产生环境污染和噪音污染。明挖法适用于浅埋车站、有宽阔的施工场地，此工程若采用明挖法施工，需要拆除大量的地面建筑物，拆除面积约28000m，由于拆迁难度大，费用高，且对地面交通影响较大，因此不推荐采用明挖法施工。(2)盾构法。目前，在城市地区已经广泛采用盾构法修筑地铁，尤其是软土地区，采用盾构法施工可以保证施工图2有限元整体模型质量，缩短工期。同时具备暗挖法的优点，几乎不影响城市交通与地下管线。经过比选，在区间隧道硬岩侵入段采用矿山法施工安但是，若采用盾构法施工，盾构

7、机的选型较困难，机械全、经济、快速。g-th~施工，尽管风险较高，但风险可控134低温建筑技术2014年第4期(总第190期)性较好，技术成熟，因此采用矿山法分上下台阶施工。图4所示，隧道右线开挖完成后，隧道拱顶下沉8．2ram，引2数值分析模型的建立起某银行下沉为4．4mm，表明地表沉降在隧道衬砌支护及(1)算例概况。区间隧道穿越的建筑物群中典型建围岩共同作用下基本稳定，拱顶沉降也因为及时施做初期筑代表为某银行，其为7层的砖砌体结构，没有地下室，距离支护而得到了有效的控制。结合图3、图4可以发现，地表

8、地铁车站约23m，采用的是柱下条形基础，隧道拱顶与基础沉降最大点均在隧道中线附近。距离约10m。区间隧道上覆地层为索填土、粉质粘土、粗砂。由于该银行建筑具有典型代表性，因此本设计选取区间隧道下穿该银行段进行风险计算分析。超前预支护采用管棚法和小导管注浆法，初期支护设计采用250mm厚的高性能防渗喷射混凝土和湿喷混凝土。由于地面建筑物密集，若采用井点降水，降水井只能围着建筑物周围布置，不具备良好的降水条件，地面建筑物紧邻河流，地下水贯通，降水