某地铁隧道下穿现有地铁车站出入口变形分析

第３６卷第１２期　西　建　筑　Ｖ　１．３６　Ｎｏ．１２　・３０２・　２　０　１　０年４月　山　ＳＨＡ卜ⅨＩ　ＡＲＣＨＩＴＦ　ＵＲＥ　Ａｐｒ．　２０１０　文章编号：１００９．６８２５（２０１０）１２—０３０２—０２　某地铁隧道下穿现有地铁车站出入口变形分析　渠昀山　摘要：结合具体工程实例，运用ＦＬＡＣ３。程序建模，分析了某一隧道下穿既有车站出入口时，引起上部车站出入口结构　产生的沉降变形，根据计算结果可以为指导现场施工提供科学依据。　关键词：隧道，车站出入口，变形分析　中图分类号：Ｕ４５６　文献标识码：Ａ　随着我国城市化建设的不断推进，大城市交通状况口趋恶　２．１几何仿真模型的建立　化，人们逐渐把目光转向了地下空间，根据城市街道条件采用立　１）地层结构模型计算域的确定。图１描述了现有车站出入口　体化布局，在既有运营地铁下方开挖隧道的方式也逐渐摆在了人　与下穿隧道间的相互关系。计算模型在－ｚ方向（南北向）取９４　ｍ；　们面前，由于新开挖隧道的施工将不可避免地引起既有地铁发生　Ｙ方向（东西向）取至既有结构边界两侧各２．５Ｄ，为６３．２　ｍ；　方　隆起、沉降、侧倾等变形，且运营期间又给既有地铁带来振动的影　向上取至地面，下取至下穿隧道底部以下３Ｄ处，为７１．４　ｍ，如图　响。因此，为确保新开挖隧道施工期问及运营期间既有地铁的安　２，图３所示。２）地层结构模型单元划分。既有车站出入口的分　全，需要对沿线地铁安全性的影响进行充分的评估论证。　析计算采用ＦＬＡＣ３０有限差分程序，建立土体结构整体模型，其中　本文以某一实际工程为例采用ＦＬＡ　软件分析由于地下隧　地层土体采用８节点块单元生成，隧道管片采用Ｓｈｅｌｌ单元模拟，　道开挖引起的土体沉降，造成既有地铁车站出入口结构各部位产　出入口结构采用实体单元模拟。整体模型中地层土体和隧道管　生不同的沉降变形，为施工提供科学依据。　片共划分单元１０６　４２８个，节点总数为１１１　７３６个，如图２所示。　１　Ｔ程概况　出入口结构的顶板、底板、侧墙和隧道管片按混凝土材料模拟（未　在既有地铁车站出人口，新开挖隧道外侧顶部与出入口梯道　考虑钢筋的影响）。　底板下边缘净距离为２０．２０４　ｍ，新开挖隧道外侧南部与出入口南　侧墙外边缘净距离为０．９９　ｍ，新开挖轨道顶部埋深为３５．１７　ｒｎ；　出入口梯道底板埋深为７．１７５　ｍ，如图１所示。　４７　ｒｍ　图２　地层结构模型　图３　下穿隧道与既有结构的　影响范围图　空间关系图　２．２模型边界条件及计算参数的确定　寸　１）边界条件。整体模型的地层土体边界条件均采用侧面固　定法向位移，上表面取为自由边界，底部为固定边界。假定出入　口结构、隧道管片及地层土体之间符合变形协调原则。　２）地层结构模型计算参数的选取。地层土体均采用Ｍｏｈｒ－　图１　下穿隧道与车站出入１：３的空间关系图　ｃｏｌｕｍｎ模型，土体的参数取值参照土工试验报告；隧道施工考虑　２计算假定及建模思想　一次开挖成型，注浆体影响范围取径向０．２　ｍ，隧道开挖引起周围　地层模型假定土体为连续介质，地层模型的建立基于大变形　土体的应力释放率取２７％。　模式的弹塑性理论。采用以有限差分法（ＦＤＭ）为基本算法的　２．３计算荷载　ＦＬＡＣ３。软件，计算土体变形。　１）结构自重力。２）土体自重力。３）地面超载（是简化为永久　［１］ＪＴＪ　０４１—２０００，公路桥涵施工技术规范［Ｓ］．　［２］ＪＴ，，１、５２９—２００４，预应力混凝土桥梁用塑料波纹管［Ｓ］．　Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｖａｃｕｕｍ　ａｉｄ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎ　ｅｌｅｖａｔｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ＹＡＮＧ　Ｗｅｉ－ｙｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｅｎ　Ｄｏｎｇｙａｎ　Ｓａｎｂｉａｏ　ｅｌｅｖａｔｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ　ｗｏｒｋｓ　ｉｎ　ｎｏｒｔｈ　ｒｉｎｇ　ｒｏａｄ　ｏｆ　Ｓｕｚｈｏｕ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｐａｒｋ　ａＳ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ａｄｖａｎ—　ｒａｇｅｓ　ｏｆ　ｖａｃｕＩＩ１ＴＩ　ａｉｄｇｒｏｕｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｓｗｅｌｌ　ａｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄｍａｔｔｅｒｓ　ｄｅｓｅｒｖｉｎｇ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｓｈｏｗ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｉｎ　ｅｎｓｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｕｄ　ｊａｃｋｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｕｃｋ　ｔｏ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｈｉｄｄｅｎ　ｄａｎｇｅｒｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＶａＣＵＵＩＴＩ　ａｉｄ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｌａｒｇｅ－ｓｐａｎ　ｅｌｅｖａｔｅｄ　ｂｒｉｄｇｅ，ｐｏｓｔ—ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　收稿日期：２００９．１２—２８　作者简介：渠昀山（１９８１．），男，硕士，助理工程师，北京大学医学部后勤与基建管理处，北京１００１９１　第３６卷第１２期　２　０　１　０年４月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　ＶｏＩ＿３６　ＮＯ．１２　Ａｐｒ．２０１０　・３０３・　文章编号：１００９—６８２５（２０１０）１２—０３０３—０２　某半埋一全埋式大截面箱涵施工技术　李建平　李方志　摘要：详细介绍了一个作为某双层公路桥和地铁隧道之间过渡结构的大截面箱涵的施工技术，在箱涵基坑开挖的过程　中采用了施工桥，便于在有两层水平支撑的基坑内实施开挖作业，箱涵主体分两阶段施工，保证了工程质量。　关键词：箱涵，公路，大截面　中图分类号：Ｕ４４９．８２　文献标识码：Ａ　１　工程概况　某公路桥设计为双层桥面，上层桥面为双向六车道，下层为　２．１　支护结构和施工桥　该半埋一全埋式箱涵基坑采用钢板桩加工字钢支护，根据挖　双向四车道，其中两车道为预留轻轨，与远期地下轻轨线连接。　深的不同，支护结构设计为３种不同的形式，相应的基坑分为　箱涵末端５３　ｍ和末端外延７．５　ｍ的范围，每隔　桥梁落地的部分为箱涵，是地上桥梁与地下轻轨隧道之问的过渡　３个区。第一区：段。箱涵总长度１６１．２６　ｍ，没计为半埋一全埋式，最大埋深约为　一根钢板桩打一根工字钢，并设两层水平支撑。第一层支撑高出　ｍ，第二层支撑高于基坑底１．５　ｍ。水平支撑与其　６．３　ｍ。横截面为两分离式单箱单室斜腹板箱形截面，截面高　箱涵顶面４０　ｃ６．４　ｍ，顶板宽１３　ｍ，厚０．４　ｍ，底板宽１０．３　ｍ，厚０．４５　ｍ，腹板厚　末端斜撑一起固定在围檩上，围檩通过牛腿固定在与钢板桩紧贴　０．５５　ｍ，内外腹板斜度分别为１：４．５７６，１：４．６８。箱涵基础采用　的工字钢上。水平支撑工字钢型号为（３５６×３６８×２０２）ｋｇ／ｍ（英　相邻第一区４０　ｍ范围，仅在较深的一端１２　ｍ　（ｂ８００　ｍｍ钢筋混凝土灌注桩，平均桩长２０　ｍ（钻岩２　ｍ），总桩数　制单位）。第二区：１８８根。在设计上，箱涵分为４个节段，每段长约４０　ｍ，编号为　的范围内设置一层水平支撑，其余位置不设水平撑，工字钢间距　ＡＭ１￣ＡＭ４（见图１），从ＡＭ１到ＡＭ４埋深逐渐加大。　２　ｍ。第三区：相邻第二区３０　ｍ范围，工字钢问距４　ｍ。　由于第一区下层水平支撑距基坑底仅１．５　ｍ，不便于支撑以　正下方，隧道开挖后，随着土体受到扰动程度的增大，土体随之变　形，并不断的向地表方向扩展。数值计算结果表明，楼梯和机房　２箱涵基坑的支护和开挖　作用的竖向均布荷载，２０　ｋＰａ）。　２．４计算结果　垂直位移较大，最大位移量约为１３．３　ｍｍ，平均位移　采用地层结构模型预测下穿隧道开挖引起的地面沉降，下穿　通道交接处，２　ｍｍ。在隧道的施工阶段，应对此位置的结构密切关注，　隧道按一次开挖贯通考虑，不考虑洞体的分段掘进过程对地表沉　约１３．降的影响。根据ＦＬＡＣ３。计算所得到的地层结构模型的数值结　一旦出现异常变形，应及时采取补救措施，以防意外发生。　　果，可得到出入口结构剖面１—１～４—４的预测地表沉降变形曲　参考文献：　刘　波，韩彦辉．ＦＬＡＣ原理、实例与应用指南［Ｍ］．北京：人　线和结构底板的预测沉降曲线（见图４）。地表最大沉降量为　［１］１２．８６　ｍｍ，结构底板最大沉降为１６．５３　ｍｍ。　民交通出版社，２００５．　等．北京地铁隧道下切穿越１号线　［２］　杜建华，高谦，宋卫东，施工过程模拟研究［Ｊ］．铁道建筑，２００８（３）：５０—５３．　等．地铁隧道施工全过程模拟技术　［３］　谭信荣，陈寿根，闫超平，研究［Ｊ］．四川建筑，２００９（９）：２３４—２３７．　［４］　刘纪峰，刘　波，陶龙光．基于弹塑性分析的浅埋盾构隧道　地袁沉降控制［Ｊ］．沈阳建筑大学学报（自然科学版），２００９　（１）：２８—３３．　图４　绘制沉降曲线的东南出入口结构剖面位置图　３结语　从结构的位移分布云图来看，垂直方向位移主要分布在通道　与机房的交接处，之所以出现这种情况，是因为隧道处于其垂直　［５］　陈　松．公路隧道围岩变形监测与分析［Ｊ］．山西建筑，　２００８，３４（３０）：３２１—３２２．　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐａｓｓａｇｅｗａｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｍｅｔｒｏ　ｌｉｎｅ　ｗｈｉｌｅ　ａｎ　ｎｅｗ　ｔｕｎｎｅｌ　ｔｒａｖｅｒｓｉｎｇ　ｕｎｄｅｒ　ｉｔ　ＱＵ　Ｙｕｎ－ｓｈａｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ－ＦＬＡＣ３。ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｎａｌｙｓｅｓ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ａ　ｔｕｎｎｅｌ　ｄｅｓｃｅｎｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｕｔｒｅｎｔ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔＳ　ｏｆ　ａｎ￣ｏｇ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｉｓ　ａｃｑｕｉｒｅｄ　ａｅｃｕ—　ｒａｔｅｌｙ　ｔＯ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ，ｐａｓｓａｇｅｗａｙ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　收稿日期：２０１０—０ｌ—Ｏ１　作者简介：李建平（１９６１一），男，工程师，河南省漯河市交通局，河南漯河４６２０００　１０００３８　李方志（１９７５一），男，高级工程师，中国土木工程集团有限公司，北京