盾构施工穿越PBA工法车站站台层的数值模拟研究.pdf

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1、盾构施工穿越PBA工法车站站台层的数值模拟研究夏炜洋(中铁二局股份有限公司，四川成都610032)摘要：以北京地铁马连洼车站为工程背景，采用ANSYS软件模拟盾构穿越PBA工法车站的施工过程，通过数值计算结果分析，研究盾构施工隧道穿越PBA车站时地表沉降、车站结构应力变化规律，可得下列结论：盾构在扣拱后的导洞下部掘进时对地表的沉降影响很小；盾构隧道掘进对上部导洞初支结构内力影响非常小；站厅层施工对盾构施工隧道影响较小，后续施工对管片轴力的影响要大于对管片弯矩的影响。计算结果表明：在条件受限时，采用

2、先隧后站的施工方法既可以缩短工期，同时也能保证结构的安全。关键词：地铁车站；盾构；PBA工法；数值计算；沉降；内力DOI：10．13219／j．gjgyat．2014．03．011中图分类号：U23l_3文献标识码：B文章编号：1672—3953(2O14)03—0040—03段兼作盾构始发井，因此车站设计为半暗挖半明挖1PBA洞桩法概述结构。车站总长241．21TI，明挖段为地下三层三跨PBA洞桩法是在浅埋暗挖法的基础上结合盖结构，长度109．51TI；暗挖段为地下双层三跨标准暗挖法而形成的一种

3、新的施工方法¨l]，它将导洞技挖结构，长度131．71TI。图1为车站与盾构法施工术、桩技术、拱技术以及框架结构进行总分结合，在隧道的相对位置关系。暗挖的导洞内施作由围护桩、桩、顶纵梁和顶拱组成的框架结构来承受外部荷载，在桩和顶拱的支撑作用下，继续挖掘土体和修建内部结构，最终形成由顶拱、桩和二衬组成的永久承载体系。国内外对PBA洞桩法进行了不少的研究，并得出了一些研究成果。李晓霖_3采用有限差分软件FLAC模拟了PBA工法的施工过程，得到了施工过程中土体扰动情况、车站结构内力及位移变形规律；宋月光

4、等采用荷载一结构模型模拟了北京地铁十图1先隧后站剖面图号线国贸站的施工工程，分析了施工各阶段结构的受力和变形情况，研究指出初支拱部位移及内力最3数值模拟研究大值发生在拱部开挖阶段。3．1建立模型本文以北京地铁16号线马连洼车站为工程背计算采用ANSYS软件进行，采用Shell43单元景，研究盾构法施工隧道穿越PBA法施工车站时地模拟导洞支护结构和管片衬砌，Solid45单元模拟围表沉降、车站结构应力变化规律以及车站施工对隧护桩、车站梁板等其他结构体和地层。车站覆土从道管片的影响，为我国类似工程提供

5、参考。上到下依次为粉质粘土、圆砾层、粉土层，计算采用2工程概况的地层及结构物理力学参数根据地勘资料并结合工程建设经验取值。依据计算方便、对结果的影响满足马连洼车站位于永丰路和马连洼北路十字路工程要求的原则，对计算范围内物理力学参数相近、口，呈南北向布置。受场地和工期的制约，车站明挖厚度较小的土体进行归并，采用的计算参数如表1所示。图2和图3为本次研究建立的有限元计算模型，收稿日期：2014—02—26作者简介：夏炜洋(1975一)，男，博士，工程师，主要从事隧道与模型尺寸为横向×纵向×竖向一153

6、．5m×41．964地下工程方面研究与技术管理工作2970902613@qq．cornm×24．9m，共划分73321个单元、76248个节点。国防交通工程与技术_2014第3期·研究与设计·盾构施工穿越PBA工法车站站台层的数值模拟研究夏炜洋从图5、图6可以看出，盾构掘进对上部导洞初言100一一一、一、-一一一一、．⋯衬主应力的影响非常小，主应力几乎没有变化，其中Z50．最大正弯矩一一最大拉应力为0．42MPa，最大压应力为一O．82MPa，一最大负弯矩002468l01214161都在C20混

7、凝土强度极限内。嚣一50厂————、、-，，一一3．3站厅层施工对盾构法施工隧道管片的影响．-10o站厅层土体的开挖会造成盾构管片衬砌上覆荷施工步载减小，加上开挖引起的地层扰动会引起围岩应力图8盾构管片衬砌最大弯矩随后续施工过程的变化曲线重分布，有可能对管片衬砌造成不利影响，需进行分4结论析。由于管片衬砌在此处属于临时支护，故仅对其①盾构在扣拱后的导洞下部掘进时对地表的沉内力(弯矩、轴力)的变化进行分析，管片变形则不作降影响很小。②尽早形成空间支护结构体系能够减为考察对象。盾构管片衬砌内力随后续施

8、工步的变小车站施工对地表沉降的影响，因此施工时应及时化情况如图7、图8所示。轴力的负值表示管片受形成空间支护体系，发挥对地层的支护作用。③盾压，弯矩正值表示管片内侧受压，负值则表示管片外构掘进对上部导洞初支结构内力影响非常小。④站侧受压。可以看出，站厅层施工过程中，管片衬砌内厅层施工对盾构法施工隧道影响较小，后续施工对力变化总体上较为平缓，相较而言，管片轴力对后续管片轴力的影响要大于对管片弯矩的影响。⑤计算施工影响的敏感性要强一些。施工过程中管片衬砌结果表明，在条件受限时，采用先隧