地铁车站施工过程建模仿真研究

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1、地铁车站施工过程建模仿真研究　　摘要：本文以重庆市轻轨六号线江北城车站隧道工程为背景，简单介绍了该车站隧道的施工工法，通过大型有限元分析软件Midas/GTS对地铁车站施工过程进行了数值模拟仿真分析，模拟施工过程中土体的稳定性以及支护结构的受力和变形，以便于合理选择和改进开挖和支护方式，进而指导工程施工。关键词：大断面隧道，Midas/GTS，模拟仿真Abstract:Thispaperpresentbrieflythemethodofstationtunnelconstructionbasedonthesixthrailwa

2、yinChongqing.TheconstructionprocessofthesubwaystationwasanalyzedbasedonthenumericalsimulationanalysisbyfiniteelementanalysissoftwareMidas/GTSandsimulatedthestabilityofMiddle-earthaswellastheforceanddeformationofsupportingstructuresothatareasonablechoiceandimprovedex

3、cavationandsupportcanbeputforwardandthenguidetheconstruction.Keywords:largesectiontunnel;Midas/GTS;simulation8中图分类号：U415.6文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）随着中国的经济的飞速增长和城市化进程加剧，轨道交通在城市中所占的比重越来越大，由于系统所受环境的限制，在地铁施工过程中修建深基坑及大断面隧道是不可避免的。特别是近几年，在建筑密集区和城市中心区，出现了大量地铁深基坑及大断面隧道工程。因

4、此，研究城市地铁深基坑及大断面隧道施工技术有着重要的意义。本文以重庆江北城车站隧道为工程背景，运用数值模拟对其进行仿真分析。根据具体工程相关情况研究地铁车站深基坑及浅埋暗挖软岩大断面隧道的开挖施工工法，对车站大断面隧道结构的整体稳定性和安全性加以分析，然后根据模拟仿真结果提出车站隧道合理的修正设计方法和改进措施，为车站隧道的安全施工提供依据。1地铁车站施工工法地铁隧道施工方法的选择，关键在于要和隧道的地质条件相匹配，需根据隧道地质勘察所查明得隧道通过地段的地形、地貌、地层、岩性和地质构造特征，确定合适的施工方法。在国内已建成的

5、地铁车站大断面隧道中，常采用三种工法：中隔壁法（CD）、双侧壁导坑法（眼镜法）、交叉中隔墙法（CRD）。81.1中隔壁法（CD）[作者简介：韩国令，男，1974年出生，学士，项目经理，主要从事隧道施工及管理工作。]中隔壁法（CD）是将隧道分为左右两部分进行分部开挖。它适用于Ⅳ～Ⅴ围岩的浅埋大断面隧道。1.2交叉中隔壁法（CRD）交叉中隔壁法采用自上而下分为二至三步开挖中隔墙的一侧，每开挖一部均及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁、安装底部临时仰拱。交叉中隔壁法适用于Ⅳ～Ⅴ围岩双线或者多线隧道开挖。1.3双侧壁导坑法（眼镜工法

6、）双侧壁导坑法先开挖隧道两侧的导坑，并进行初期支护，再分部开挖剩余部分的施工方法。特别是在跨度很大，围岩条件特别差，地表沉陷要求严格的隧道施工时，单侧壁导坑法往往难以控制隧道围岩变形，双侧壁导坑法成为了最好的选择。重庆市轨道交通六号线一期工程范围为上新街至礼嘉站。拟建江北城站设计为六号线与九号线的地下换乘站，根据对江北城车站隧道的结构特点，结合大跨隧道开挖后应力分布情况分析和重庆地区的类似工程施工经验，适合本工程特点的施工开挖方案是：上下双侧导坑法+先拱后墙法（拱部一次成型）。82有限元数值模拟分析有限元(FEM)法的思想发展

7、至今已经相当成熟，它几乎全面满足了静力许可和应力、应变之间的本构关系，可进行岩土体弹塑性、粘弹塑性分析。其优点是，部分地考虑了岩土体的不连续性和非均质性，对以非线性、非均质和各向异性为特征的介质有很好的适应能力，并具有灵活性和通用性，可以给出岩体的应力、变形大小和分布，能够解决各种复杂的边界问题，并可近似地依据岩体应力、应变规律去分析地下岩土体的变形和破坏机制。1996年Duncan提出了强度折减法中安全系数的定义。如下式：用这个公式可以将有限元计算与稳定性建立对应关系。强度折减有限元的基本原理就是将岩土体粘聚力c值和内摩擦角

8、ψ值同时除以一个折减系数F，由此得到一组新的c、Φ值作为新的材料参数输入再进行计算；当计算结果不收敛时，对应的F，被称为岩土体的最小稳定安全系数，此时岩土体达到极限平衡状态，发生剪切破坏，同时可得到坡体的破坏滑动面。Midas/GTS的边坡及地下工程稳定分析采用了基于有限元法