双洞垂直重叠地铁隧道施工力学行为分析

 

【摘　要】　通过建立有限元模型,对复杂地质条件下双洞重叠地铁隧道的施工过程进行数值模拟,研究了隧道各施工阶段的稳定性和支护结构安全性。结果表明,上洞下台阶施工对下洞结构内力影响较大,且上洞上台阶施工,对地表位移影响较大。

【关键词】　双洞重叠;　地铁隧道;　有限元;　施工力学

 

1 前　言

　　目前世界上采用暗挖法修建重叠隧道并不多见,在日本仅有一例是一座双层重叠隧道。此外俄罗斯有采用盾构法修建的双洞双层8车道隧道的事例。国内有些隧道局部出现重叠的情况,如福厦高速公路与泉厦高速公路的交叉段。深圳地铁一期工程罗湖站至大剧院站区间隧道,所穿越的地层条件复杂,围岩极其软弱,隧址地下水位高,隧道拱顶标高在地下水位以下。区间内隧道埋深在10~15m,属于浅埋隧道。隧道沿线高大建筑物密布,为了避开桩基,YSK(ZSK)2+388.35~YSK(ZSK)2+430段上下线共长41.65m,需采用垂直重叠暗挖法施工隧道通过,其中上洞围岩主要为Ⅳ级,下洞围岩主要为Ⅱ级。

2 计算条件

2.1 断面形式

      双洞垂直重叠地铁隧道断面如图1所示。

2.2 围岩的物理力学指标

      本次计算中围岩物理力学指标如表1所列。

2.4 施工过程模拟

      该段重叠隧道采用台阶法施工,计算中模拟了10个施工步骤,具体施工过程如下:开挖之前,先进行拱部预加固施工。①开挖下洞上半部围岩;②施作下洞拱部初期支护; ③开挖下洞下半部围岩;④施作下洞下半部初期支护;⑤施作下洞防水层和二次衬砌;⑥开挖上洞上半部围岩;⑦施作上洞拱部初期支护;⑧开挖上洞下半部;⑨施作上洞下半部初期支护;⑩施作上洞防水层和二次衬砌。

2.5 计算范围与计算边界

      本次计算范围选取为:上部至地表,下部取至隧道仰拱以下40m左右。左右各取50m左右。计算域左右有水平约束,下部有垂直约束,地表为自由边界。计算中,用实体单元模拟围岩、初期支护和二次衬砌,用杆单元模拟锚杆。

2.6 计算控制点

      计算选取的控制点如图2所示。

3 计算结果

3.1 隧道洞周位移

      该段隧道洞周位移随施工步变化规律如图3、图4所示。由图3、图4可知,上洞拱顶最大位移为10.8mm,仰拱最大位移为0.6mm,边墙最大位移为0.4mm。下洞拱顶最大位移为1.7mm,仰拱最大位移为0.7mm,边墙最大位移为0.2mm。拱顶位移达到了规范规定,但水平收敛在规范规定的量值范围之内。

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