基于数值分析的浅埋暗挖大型地铁车站施工工序优化研究

《基于数值分析的浅埋暗挖大型地铁车站施工工序优化研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于数值分析的浅埋暗挖大型地铁车站施工工序优化研究13摘要近年来，伴随着城市的飞速发展，人们对公共交通的需求日益增长。地铁具有运量大、速度快等特点，成为有效解决城市交通问题的手段，并且已经在许多大中城市开始规划建设。地铁的建设过程中，浅埋暗挖法是被广泛采用的一种施工方法。在施工过程中，要特别注意施工所引起的沉降。本文以某地铁车站为背景，分别计算全断面开挖法、台阶法、三台阶七步开挖法、双侧壁导坑法四种施工方法在施工阶段隧道的拱顶位移、地表沉降、最大主压应力。通过计算得出：全断面法造成的地表沉降值最大，双侧壁导坑法造成的地表沉降

2、最小。关键词：浅埋暗挖隧道数值分析浅埋暗挖工法优化131、绪论1.1研究背景及意义目前，北京、上海、青岛、成都、深圳等大中城市正在完善地铁路网，我国将在21世纪迎来地铁建设的巅峰时期。在地铁的建设过程中，浅埋暗挖法施工的地下工程具有埋深浅、地层岩性差、周围环境复杂等特点，在各种地下工程中得到广泛应用。城市地铁暗挖隧道开挖施工不可避免地会引起地表沉降，并可能导致塌陷，地下己有管道破坏以及建筑物、构筑物损坏，这些问题严重影响人民生命财产安全及工程的建设，并造成严重的经济损失和社会影响。因此，城市中进行地铁隧道施工时，特别注意施工

3、引起的地表沉降。1.2浅埋暗挖法浅埋暗挖法适用于不宜采用明挖施工且含水量较小的各种地下地层，且对地面沉降有严格要求的情况时，修建埋置较浅的地下结构工程更为实用。浅埋暗挖法的技术核心是依据新奥法的基本原理。施工中采用辅助措施加固围岩，充分调动围岩的自承能力，开挖后及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系。原始地层未支护隧道支护结构隧道稳定开挖支护自稳图1.1浅埋暗挖隧道施工过程1.3浅埋暗挖法施工导致沉降的国内外研究现状 随着地铁隧道浅埋暗挖的施工，隧道开挖会不可避免地扰动附近地层原有的平衡状态，引起应力重分布和

4、地层变形，构成对地表及地表建(构)筑物的附加荷载，并使其发生变形。地铁隧道浅埋暗挖施工引起的地层应力和变形是造成地表及地表建筑物承受附加荷载、产生附加变形的根本原因。目前，估算浅埋隧道开挖引起的地层应力和变形，主要的预测方法包括经验法、解析法、数值法和模型试验法。1.4浅埋暗挖隧道引起地表沉降的原因目前对于浅埋暗挖隧道开挖施工引起地表沉降的原因分析，主要从施工过程中不同工序从弹塑性变形、失水固结沉降以及固结蠕变等角度考虑。隧道工程开挖必然产生地层损失，围岩要弥补地层损失，达到一个最终的平衡状态，因而围岩产生向下变形的趋势，造

5、成地表沉降。隧道开挖产生的地表沉降。综合浅埋隧道施工引起地表沉降原因变形原因可以从以下三个层面进行剖析：（1）土层结构与力学性质原因13浅埋隧道施工势必会扰动第四纪沉积表土层，天然第四纪沉积表土层一般是由矿物颗粒构成骨架体，孔隙水和气体填充骨架体而组成的三相体系。外载荷作用在土层上，将产生隙水压力和土体有效应力。孔隙水压力由静水压力与超孔隙水压力组成。第四纪表土层的变形是孔隙流体及气体体积减小、颗粒重新排列、颗粒间距离缩短和骨架体发生错动的结果。空袭压力降低的过程，一方面取决于土的渗透性，另一方面取决于在土中的位置。粘土的渗

6、透系数很低，固结过程很长。土体受外力后，土粒和孔隙中的流体均将发生位移。当浅埋暗挖隧道施工扰动时将压力传递给上部土体，土体内部将发生应力变形。从而引起地表下沉。（2）岩层性质与地质构造原因浅埋暗挖隧道的岩石层的沉降与岩层性质、地质构造特点有直接关系。岩石在长期的地质演变中产生出褶皱、裂隙、断层等地质构造。褶皱是岩石在构造中受力形成的连续弯曲变形。岩石中沿断裂面没有位移的断裂为裂隙。褶皱岩层核部产生许多裂隙，而背斜顶部岩层易塌落，向斜核部是储水丰富的地段，地铁隧道中易发生岩层的塌落、漏水及涌水。地铁隧道与褶皱走向一致时建筑中易

7、发生岩层顺层滑动。断层是两盘岩石沿断裂面发生位移的断裂，一般伴有几米到几十米的岩石破碎带。地铁隧道工程通过断裂带时易发生坍塌，车站建筑物易发生不均匀沉降等。（3）认为因素层面原因浅埋暗挖隧道施工地表沉降除了土层、岩层等地质条件原因以外，还有人为层面的原因，包括隧道埋深的选择、断面尺寸、断面形状、开挖方式、支护形式与支护参数等因素。1.5本文研究的主要内容利用有限元软件ADINA建立二维模型，输入岩体的相关物理力学参数建立该工程的计算模型并进行数值分析，同时针对各种施工方法分别进行模拟计算，并对各工法开挖结束后隧道拱顶内位移、

8、地表沉降、最大主压应力三方面进行比较。2.浅埋暗挖地铁车站的数值模拟2.1工程概况该地铁车站毛洞跨度21.60m,高度15.50m，埋深15.10m.该段岩体节理裂隙较发育，对拱顶的围岩稳定影响较大，围岩级别为Ⅳ级。初期支护采用C20喷射混凝土厚30cm，二次衬砌采用C20混凝土厚70cm