大跨度浅埋暗挖车站施工三维数值模拟研究-论文.pdf

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1、建筑工程·496·JianZhuGongCheng大跨度浅埋暗挖车站施工三维数值模拟研究邵　军青岛地铁集团有限公司　山东　青岛　266000【摘　要】　青岛属于土岩组合地层，青岛地铁浅埋或超浅埋大断面暗挖工程在国内外都少见，施工难度和风险较大，无本工程类似经验。本文对青岛地区土岩组合——“上软下硬”地层大跨度浅埋暗挖车站的施工进行三维数值模拟研究，对车站在开挖过程中围岩的变形和应力状态进行分析，对现场施工作业具有一定的指导意义。【关键词】　大跨度；浅埋暗挖；围岩变形；地表沉降；数值模拟RESEARCHONDIMENSIONALNUMERICALSIMULATIONO

2、FTHECONSTRUCTIONOFLARGESPANSHALLOWSTATION【Abstract】　ThecombinationofsoilandrockformationsbelongQingdao,Qingdaosubwaysectioninshalloworsupershallowlargeexcavationprojectsathomeandabroadarerare,largeconstructiondifficultyandrisk,withoutthisprojectsimilarexperiences.Combinationofsoilandro

3、ckinQingdaothisarticle-"softunderhard"ConstructionofLargeSpanShallowformationofthree-dimensionalnumericalsimulationstationresearchonthestationduringexcavationofrockdeformationandstressstateanalysis,on-siteconstructionworkhasacertainsignificance.【KeyWords】　largespan;Shallow;Surroundingr

4、ockdeformation;surfacesubsidence;dimensionalnumericalsimulation1　引言[1]近年来，在中国交通建设领域涌现了很多大跨度隧道，如高速公路三车道或四车道隧道、铁路客运专线隧[2-3]道、铁路车站隧道以及地铁暗挖车站等，这些隧道的开挖跨度多在15m以上，其中铁路三线车站隧道的开挖跨度在21m左右，高速公路四车道隧道跨度可达21～23m，隧道跨度增大必然使断面扩大，如某隧道开挖跨度221m，隧道断面达230m。对于大跨度的暗挖车站，通常将大断面分割成几个小洞室分部开挖，由于开挖多个导洞，地层多次被扰动会[4]引

5、起地层过大沉降，导洞断面不规则更加大了开挖引起的沉降，所以在大跨度暗挖车站隧道施工时，如何控制沉降和及时完成支护封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，减小地表的沉降，保证隧道工程的安全施工一直是隧道工程的研究热点问题。当城市地铁大跨度隧道工程所在地处于繁华市区，环境安全要求高，有必要进行深入研究。目前国内大部分暗挖地铁车站均为第四系土层中（多数土质、砂卵石、沉积岩与变质岩地层中）、非爆破开[5]挖，青岛土岩组合地层中浅埋或超浅埋大断面暗挖工程在国内外都少见，施工难度和风险较大，无本工程类似图5　完成二衬后模型竖向位移云图　　　　　　图6　左导洞开挖6m横向位

6、移云图经验。本文对青岛地区土岩组合——“上软下硬”地层大跨度浅埋暗挖车站的施工进行三维数值模拟研究，对车站在开挖过程中围岩的变形和应力状态进行分析，对现场施工作业具有一定的指导意义。2　模型参数采用Mohr-Coulomb模型模拟杂填土、粉质粘土与强风化花岗岩，采用Elastic模型模拟中风化和微风化花岗岩。使用Mohr-Coulumb模型总共需要5个参数，分别是弹性模量E，泊松比v，摩擦角φ，粘聚力c和剪胀角ψ。工程设计上的弹性模量取值往往根据地勘报告中的压缩模量Es，0.1-0.2来估计土体的变形模量。变形模量在地层上部可以取3-5倍的压缩模量，并且随着深度的增

7、加压缩模量逐步的扩大。采用Mohr-Coulumb模型除了土体的变形参数，还需要输入土体的强度参数。在不排水分析中，土的内摩擦角和粘聚力根据固结不排水三轴试验得到的有效强度参数取值。经过适当的简化，计算用参数采用地勘参数，如表1。表1　土层单元计算参数Table1Theparametersofsoilunitcalculation图7　右导洞开挖6m横向位移云图　　　　　图8　全断面进尺6m模型横向位移云图重度弹性模量泊松比名称层厚（m）3C（kPa）φ（°）（kN/m）（MPa）v’（-）杂填土3.017.580.42108粉质粘土3.019120.40151