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工程建设
深圳地铁隧道邻接问题施工力学行为研究
发布时间:2015/9/4 22:29:19    作者:未知    来源:本站原创    浏览次数:0
0、前言
轨道交通建设将促进副中心城和卫星城的形成,加强中心城与外围的衔接,加快城乡一体化和城市化进程。在这种前提下,重叠隧道、线站位平行或交叉等“近接施工影响问题”已成为一项亟待解决的课题,并引起岩土工程勘察、设计及地铁承建商的广泛重视[1]。本文通过对深圳地铁2号线下穿既有地铁4号线隧道交叉段动态施工复杂力学行为进行研究,主要探讨新建隧道施工过程所引起围岩扰动对地层应力场的变化幅度及影响范围、对既有隧道结构内力及结构安全性的影响,为确保既有隧道的正常运营及新建隧道交叉段监控量测系统的设计、施工方案的优化及安全控制提供依据。
1、工程地质概况
新建区间隧道位于深南大道,原地貌为冲洪积平原,地形平坦。在YCK26+264·747~+276·307段下穿运营中的地铁四号线矿山法隧道,该隧道跨度11·66 m,采用锚喷构筑法施工。新建隧道与既有隧道垂直交叉,新建隧道拟采取盾构法施工。上覆地层主要为第四系全新统人工填筑土(Q4ml)、冲洪积粘性土及砂层(Q4al+pl)、残积粘性土层(Qel);下伏燕山期(γ53)花岗岩。新建隧道洞身穿越花岗岩全、强、中等风化层;既有隧道埋深为9·20m,交叉段隧洞间最小净距仅为1·07m,中间夹土状全风化花岗岩层,围岩为Ⅴ级。
2、三维分析模型[2,3]
2·1 计算模型的建立
利用FLAC3D进行三维施工模拟,分析结构和力学效应复杂的局部重叠隧道段在整个施工过程中的纵向力学效应,以及随施工过程的力学变化[2]。选择正交段YCK26+270~+330作为分析区间,盾构隧道尺寸及各项参数严格按照设计图尺寸建模[4]。
材料采用摩尔库仑准则,大应变变形模型;假定地表及各岩土层均成层均质水平分布,各向同性,不考虑地下水的影响;隧道埋深较浅,所处围岩结构疏松,计算中忽略构造应力;地应力场按自重应力场考虑,支护结构按弹性计算;土压平衡盾构机,盾构推力为在开挖面静止土压力的基础上另加20 kN/m2的推力。采用等参8节点6面体三维实体单元模拟衬砌、地层及注浆加固层,在隧道结构的周边围岩采用细密单元;数值模型分析总共13·79万个单元,约14·70万个节点。目标断面示意见图1,有限元整体网格见图2。
2·2 模型边界条件
在隧道横断面内,水平向右为x轴(横向)正向,竖直向上为y轴(竖向)正向,盾构隧道掘进方向为z轴(纵向)负向;边界条件:在隧道横断面内水平方向取60m (约10倍盾构隧道直径),竖直方向从地表向下取总长54 m (约9倍盾构隧道直径),纵向断面为60 m (40环)盾构隧道区间;其中YCK26+270断面和+330断面为z方向约束,左右x面为x方向约束,底面为y方向约束,地表面则为自由面。
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