北京地鐵十號(hào)線某近接區(qū)間隧道的施工數(shù)值模擬_工程管理

1、北京地鐵十號(hào)線某近接區(qū)間隧道的施工數(shù)值模擬對(duì)北京地鐵10號(hào)線知學(xué)區(qū)間近距離側(cè)穿國(guó)管局宿舍樓3種不同工法的施工過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的比較分析,論證了施工中實(shí)行袖閥管掌子面注漿和“后CRD法”等技術(shù)措施及工法對(duì)掌握地表沉降的有效作用,得到了一些有益的結(jié)論,可供類似工程參考。1工程概況知春路站學(xué)院路站區(qū)間位于北京海淀區(qū)知春路東段,右線起訖里程:K4+570.8K5+485.331,長(zhǎng)度914.531m。其中K5+375.0-K5+430.0為近距離穿越國(guó)管局宿舍樓樓段。該段呈西北-東南走向,位于由直線過渡到R=350m圓曲線的緩和曲線上。隧道埋深16m。區(qū)間近距離過國(guó)管局宿舍

2、樓樓段,右線結(jié)構(gòu)南側(cè)外緣距離樓房地下室最小水平距離約0.9m,最小垂直凈距5.7m,最近點(diǎn)為右K5+404.001,此處區(qū)間隧道的開挖掘進(jìn)屬于近接施工。圖1為區(qū)間結(jié)構(gòu)與建筑物關(guān)系斷面圖。該段區(qū)間為單孔單線馬蹄形隧道,處于減震段,開挖尺寸寬6.1m,高6.64m;本工程采納礦山法施工。穿越此建筑物,是本段區(qū)間的施工重點(diǎn)。穿越地段國(guó)管局宿舍樓實(shí)為兩座樓房,竣工于1993年。一座為磚混結(jié)構(gòu)條形基礎(chǔ),地上6層,基礎(chǔ)埋深約26m,基坑施工時(shí)采納放坡開挖,無基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。另一座為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)板樓,筏板基礎(chǔ),地上9層,地下2層,基礎(chǔ)埋深約6.2m,基坑施工時(shí)采納放坡開挖,無圍護(hù)結(jié)構(gòu)(圖1)。本文采納有限元

3、手段對(duì)區(qū)間隧道通過9層宿舍樓的狀況進(jìn)行了平面數(shù)值模擬。 <CENTER</CENTER隧道上方土層有雜填土、素填土、粉土、粉質(zhì)黏土,洞身土層有粉土、粉砂、細(xì)砂,底板標(biāo)高處于黏土層中。影響隧道施工的地下水是富存于洞身位置處粉土層和粉砂層中的臺(tái)地潛水,其他類型地下水對(duì)隧道施工影響不大。本區(qū)段北側(cè)是繁忙的交通主干道的交通十字路口,南側(cè)是居民小區(qū),因而無法實(shí)行地面降水措施,臺(tái)地潛水水位下臺(tái)階中部,粉砂層含水量較為豐富。2 工法介紹本區(qū)段隧道由于靠近國(guó)管局宿舍樓,施工存在較大的風(fēng)險(xiǎn),隧道工法的選擇經(jīng)過了如下三個(gè)階段。2.1 CD工法試驗(yàn)段施工階段區(qū)間隧道左線K5+360-K5+375段為CD

4、工法試驗(yàn)段施工階段。本段隧道初期支護(hù)施工于2022年3月26日開頭,2022年4月4日結(jié)束,歷時(shí)10天。隧道施工嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行,但由于本段隧道內(nèi)地質(zhì)狀況,其下層全部為粉細(xì)砂層,而且含水豐富且本段又不具備降水條件,所以在采納CD法施工后地面沉降達(dá)到24mm,不能滿意設(shè)計(jì)要求地面沉降小于20mm的掌握指標(biāo),因此隧道施工工法改為采納CRD工法施工。并增加全斷面袖閥管注漿、雙排小導(dǎo)管注漿等幫助措施。2.2 CRD工法施工階段CRD工法施工還是選擇先在區(qū)間左線進(jìn)行試驗(yàn)施工。當(dāng)施工5m后發(fā)覺,由于本隧道洞室為標(biāo)準(zhǔn)斷面,采納CRD工法后4個(gè)小洞斷面特別窄小,這樣在施工過程中每個(gè)小洞只能最多有3個(gè)

5、工人進(jìn)行施工。施工進(jìn)度特別緩慢,同時(shí)由于施工進(jìn)度慢,洞室封閉時(shí)間長(zhǎng)。所以對(duì)于地面沉降仍較大。經(jīng)討論實(shí)行改進(jìn)的CRD工法施工,本文稱之為“后CRD”工法。2.3 “后CRD工法”施工階段先采納CD工法施工,施工過程中用方木或工字鋼臨時(shí)替代中隔壁支護(hù)然后再施做正式的中隔壁。經(jīng)過在左線試驗(yàn)“后CRD”工法施工,監(jiān)測(cè)結(jié)果能滿意設(shè)計(jì)允許范圍,而且施工速度也得到提高,所以這種工法被正式確定使用。3 數(shù)值模擬邊界條件及過程本次計(jì)算采納同濟(jì)曙光有限元正分析軟件進(jìn)行數(shù)值分析,模型為平面模型,其網(wǎng)格剖分見圖2。約束模型左右邊界水平位移和底部邊界豎向位移,上部邊界為自由邊界。國(guó)管局9層宿舍樓地面7層取樓層平均豎向荷

6、載按18kN/m加載,地下兩層以平面單元建模,材料取為混凝土。錨桿采納桿單元進(jìn)行模擬,中隔壁、臨時(shí)橫撐及初次襯砌采納梁?jiǎn)卧M,二次襯砌采納曙光軟件內(nèi)置的結(jié)合梁模擬。小導(dǎo)管超前支護(hù)的效果體現(xiàn)在拱部2m范圍內(nèi)預(yù)加固圈的參數(shù)適當(dāng)提高,見表1材料物理力學(xué)參數(shù)表。袖閥管掌子面注漿不但可以提高掌子面的穩(wěn)定性,而且對(duì)工作面周邊圍巖也有肯定的約束作用。計(jì)算過程中實(shí)行了袖閥管掌子面注漿措施的 工法(CRD法和“后CRD法”),其開挖引起的圍巖應(yīng)力釋放率取為0.2,CD法取0.35。 <CENTER</CENTER4 計(jì)算結(jié)果分析城市地鐵區(qū)間隧道施工對(duì)周邊環(huán)境的主要影響就是對(duì)地表沉降及周邊建筑物的影響。本次計(jì)算主要討論三種工法條件下隧道開挖引起的地表沉降和建筑物位移狀況。 <CENTER</CENTER圖3為“后CRD法”施工引起的豎向位移云圖,較為形象地呈現(xiàn)了隧道施工完成時(shí)圍巖的豎向位移分布形態(tài)。計(jì)算模擬時(shí),開挖分部是對(duì)稱進(jìn)行的,豎向位移整體呈近似對(duì)稱漏斗狀。拱頂部位豎向位移較拱腰小,說明“后CRD法”施工過程中設(shè)置臨時(shí)中隔壁能有效掌握拱部圍巖的松弛變形,有利于抑制地表沉降的進(jìn)展。同時(shí)有利于掌握底鼓變形的進(jìn)展。 <CENTER</CENT