地铁南京站下穿南京铁路站场施工过程的三维数值模拟及工程应用

 

摘　要:受南京火车站铁路站场制约,南京地铁一号线南京站分为南北两个明挖区和铁路站场下方过站区.过站区为双线隧道,隧道跨度大、埋深浅、线间距小,采用矿山法施工难度和风险极大.为配合施工,采用FLAC三维数值分析软件,按实际的开挖顺序和施工工艺,对过站区开挖过程进行了模拟.得出过站区隧道施工引起的地层沉降和塑性区分布,数值计算结果表明过站区施工方案是合理可行的,计算结论为地层加固范围提供了依据,对过站区隧道施工有指导作用.施工实践也证明了依据数值计算结果所采取的施工辅助措施对确保地表线路安全和隧道施工安全效果明显.

关键词:大断面隧道;下穿铁路站场;矿山法;三维数值模拟

 

1 工程概况

      南京地铁一号线南京站以80°角下穿南京火车站铁路站场,是国内第一个采用矿山法在既有铁路站场下施工的地铁车站,受铁路站场制约,地铁南京站划分为南区、北区和过站区3个部分(图1).南区、北区为双层明挖箱型框架结构,车站中部为暗挖分离双洞隧道,称之为过站区.暗挖隧道埋深6。69~8.06m,单洞长度均为66.56m.隧道开挖高度9.546m,跨度11m,两条隧道中心线间距15.46m,中间设有两条横通道相连.

      隧道围岩为Ⅴ级,采用复合式衬砌结构,初期支护为钢筋网、喷射砼和格栅钢架,厚度350mm;二次衬砌为模筑钢筋砼,厚度500mm.过站区隧道断面形式见图2.

      为有效控制地表既有站场的沉降,保证南京火车站行车安全和隧道施工安全,在过站区隧道施工前,对站场内隧道穿越的所有线路均采用架设D24型便梁进行加固,两隧道之间的便梁支墩采用箱涵,并在箱涵内设置静压钢筋砼方桩,隧道外侧的便梁支墩采用钢筋混凝土扩大基础.有关隧道施工及线路加固的详细方案见文献[1].

2 过站区施工过程的三维数值模拟

      2．1 计算条件的适度简化

      由于在隧道开挖前,对线路采用了便梁加固,隧道施工期间中,列车运行的动荷载通过便梁传递到两侧便梁支墩上,因此,计算中不考虑列车荷载的影响.监测结果也表明了列车动荷载对隧道结构影响很小.

      2．2 数值计算目的

      按实际的开挖顺序和施工工艺,对过站区开挖过程进行模拟,从施工力学机理分析的角度探讨隧道开挖引起的地表线路沉降和地层中塑性区的分布,验证施工方案的可行性,并为地层加固部位及辅助施工措施的选择提供依据.

      2．3 模拟的施工步骤

      过站隧道采用CRD(Crossdiaphragm)工法施工[1_2],隧道开挖前超前施作直径为159mm的大管棚和小导管预支护.在大管棚超前预注浆加固地层完成后,由北向南单向推进,先左线后右线,左线超前右线一个施工分段(约15~20m),地表铁路轨道加固与隧道开挖协调施工,先加固后开挖,见图3.

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