基坑开挖对紧邻地铁隧道的三维数值模拟分析.pdf
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1、作 者 简 介:张 鹏(),男,江 西 赣 州 人,硕 士 研 究 生,工 程 师,主 要 从 事 路 基 路 面 工 程 工 作。基坑开挖对紧邻地铁隧道的三维数值模拟分析张鹏,黄伟,褚 云 鹏,(江 西 省 交 通 投 资 集 团 有 限 责 任 公 司,江 西 南 昌)(江 西 省 交 通 科 学 研 究 院 有 限 公 司,江 西 南 昌)(南 昌 市 交 通 运 输 安 全 应 急 保 障 工 程 技 术 研 究 中 心,江 西 南 昌)摘要:文 章 以 国 内 某 基 坑 开 挖 为 背 景,通 过 使 用 软 件 对 基 坑 与 地 铁 隧 道 建 立 三 维有 限 元 模 型,结
2、 合 场 地 所 处 的 工 程 地 质 及 水 文 地 质 条 件,模 拟 分 析 基 坑 开 挖 前 后,地 铁 隧 道 结 构 内力 和 位 移 变 化。分 析 发 现 地 铁 隧 道 区 间 中 部 竖 向 位 移 最 大,为,水 平 位 移 达;盾 构隧 道 最 大 弯 矩 增 大(),最 大 轴 力 减 少,地 铁 隧 道 的 水 平、竖 向 变 形 与 隧 道 结 构内 力 增 量 均 处 于 控 制 标 准 内,基 坑 开 挖 施 工 引 起 的 地 铁 结 构 变 形 基 本 可 控,研 究 结 论 可 为 类 似 工程 提 供 一 定 的 理 论 指 导。关 键 词:基 坑
3、;地 铁 隧 道;内 力;位 移前言地 铁 隧 道 规 划 往 往 经 过 城 市 繁 华 地 段,地 面建 筑 的 修 建、基 坑 的 开 挖 给 地 铁 线 路 安 全 运 营 带 来不 利 影 响,为 保 障 地 铁 隧 道 运 营 安 全,科 学 评 估 开挖 前 后 地 铁 隧 道 结 构 的 变 形 与 受 力 变 化,本 文 依 托国 内 某 大 型 基 坑 项 目,采 用 软 件 建 立三 维 模 型,分 析 基 坑 开 挖 前 后,紧 邻 地 铁 隧 道 结 构内 力 和 位 移 变 化 特 征,为 地 铁 的 安 全 营 运 提 供 一定 的 依 据,也 为 相 关 支 护
4、 设 计 提 供 一 定 的 理 论指 导。工 程 概 况依 托 项 目 净 用 地 面 积 为(合 亩),周 边 人 口 居 住 密 度 高,流 动 人 口 多。地 铁 隧 道埋 深 约。区 间 设 置 两 处 联 络 通 道,均 采用 矿 山 法 施 工,隧 道 结 构 内 径,外 径,采 用厚钢 筋 混 凝 土 衬 砌 管 片。本 区 间 地 质条 件 较 好,区 间 隧 道 全 部 在 中 风 化 泥 质 粉 砂 岩 中穿 越。图地 铁 隧 道 纵 面 图相 互 关 系()平 面 关 系开 挖 基 坑 与 地 铁 站 直 线 距 离 约,项 目 南 侧临 近 地 铁 侧 施 工 需 要
5、 在 既 有 基 坑 基 础 上 进 行 调 整,其 中:临 地 铁 侧(南 侧)现 状 规 划 路 由 标 高 降至,然 后 采 用 放 坡 至 坑 底,坑 底 标 高为。图基 坑 与 地 铁 隧 道 平 面 关 系 图 地 铁 盾 构 隧 道 左 右 线 钢 筋 混 凝 土 管 片 结 构,管片 外 径,管 片 厚,混 凝 土。项 目 基 坑与 地 铁 盾 构 区 间 平 行 段 长 约,基 坑 顶 至 区 间 隧道 结 构 边 净 距。()剖 面 关 系项 目 基 坑 临 地 铁 侧 现 状 顶 标 高,基 坑 施工 前 需 挖 土 将 标 高 降 至,然 后 采 用 放 坡至 坑 底,
6、坑 底 标 高 为。地 铁 区 间 隧 道 与 基 坑工 程 平 行 段 对 应 结 构 顶 标 高 约 ,基 坑顶 至 区 间 隧 道 顶 净 距 约 。剖 面 关 系如 图、图所 示。图节 点 部 位 剖 面 关 系 图图隧 道 上 方 土 体 卸 载 开 挖 支 护 剖 面 图工 程 地 质 条 件根 据 详 勘 报 告,拟 建 场 地 内 埋 藏 地 层 自 上 而 下依 次 如 表所 示:表地 层 分 布 一 览 表土 层岩 土 性 质 分 析 与 评 价杂 填 土层 厚 素 填 土层 厚 粉 质 黏 土层 厚 圆 砾层 厚 粉 质 黏 土层 厚 圆 砾层 厚 粉 质 黏 土层 厚
7、强 风 化 泥 质 粉 砂 岩厚 度 较 薄中 风 化 泥 质 粉 砂 岩层 位 较 稳 定 且 层 厚 较 厚基 坑 开 挖 数 值 模 拟 计 算 模 型计 算 采 用 软 件 建 立 基 坑 开 挖 的三 维 有 限 元 模 型,为 尽 可 能 达 到 与 实 际 相 符 的 计 算环 境,需 要 对 地 层 及 结 构 进 行 部 分 简 化 和 处 理,以适 应 计 算 理 论 和 软 件,本 次 计 算 基 本 假 定 包 括:()初 始 应 力 只 考 虑 围 岩 的 自 重 应 力,忽 略 构造 应 力 的 影 响;()所 有 材 料 均 为 均 质、连 续、各 项 同 性,土
8、 体水 平 成 层 分 布;()围 岩 按 修 正 摩 尔 库 伦 理 想 弹 塑 性 材 料考 虑。盾 构 区 间 管 片 和 顶 管 管 片 结 构 在 模 拟 时 采 用弹 性 本 构 模 拟,均 质 弹 性 材 料 的 应 力 应 变 关 系 符 合虎 克 定 律。可 用 矩 阵 表 达 为:浆 浆()式()中,为 刚 度 矩 阵。()式()中:();();为 弹 性 模 量;为 剪 切 模 量;为 泊 松 比。修 正 摩 尔 库 伦 模 型 是 对 摩 尔 库 伦 模 型 的改 进,由 非 线 性 弹 性 模 型 和 弹 塑 性 模 型 组 合,模 型可 以 模 拟 不 受 剪 切
9、破 坏 或 压 缩 屈 服 影 响 的 双 硬 化行 为。表土 层 计 算 参 数岩 土 分 层容 重 压 缩 模量 泊 松 比黏 聚 力内 摩 擦角素 填 土 粉 质 黏 土 强 风 化 泥质 粉 砂 岩 中 风 化 泥质 粉 砂 岩 表管 片 混 凝 土 结 构 参 数 表名 称重 度 泊 松 比 弹 性 模 量 数 值 模 型 长,宽,高,基 坑 模型 划 分 单 元 格 数 量 为个,节 点 数 量个。计 算 模 型 如 图图所 示:图三 维 计 算 整 体 模 型(开 挖 前)图地 铁 隧 道 结 构 模 型 图图三 维 计 算 整 体 模 型(开 挖 后)分 析 工 况 设 置地
10、铁 盾 构 区 间 目 前 已 施 工 完 成,本 项 目 在 既 有盾 构 区 间 顶 部 卸 载。模 拟 计 算 的 顺 序 为:初 始地 应 力,考 虑 地 层 为 原 始 应 力 状 态,地 铁 区 间 隧 道未 施 工;模 拟 地 铁 盾 构 区 间 施 工 过 程,进 行 应 力平 衡 计 算,作 为 影 响 评 估 的 初 始 状 态;模 拟 区 间上 部 分 部 卸 载对 结 构 的 影 响,评 价 对 地 铁 隧 道结 构 的 影 响。为 了 准 确 模 拟 基 坑 开 挖 对 地 铁 隧 道 结 构 的 影响,采 用 动 态 模 拟 施 工 过 程 的 计 算 方 法,模
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