軟弱地層地鐵折返線段施工方法數值模擬研究

張東，孟凡磊，童建軍

(1.山東省交通設計規劃院，濟南 250031;2.西南交通大學峨眉校區，四川峨眉山 614200)

軟弱地層地鐵折返線段施工方法數值模擬研究

張東1，孟凡磊1，童建軍2

(1.山東省交通設計規劃院，濟南 250031;2.西南交通大學峨眉校區，四川峨眉山 614200)

通過對某地鐵折返線建立FLAC三維數值計算模型，研究了CRD法、CD法、無仰拱臺階法、有仰拱臺階法等不同的施工方法和不同的初期支護參數對地表位移、圍巖應力、初期支護受力等的影響，并據此選擇最優的施工方法。

軟弱地層 施工方法 拱頂位移 初期支護彎矩

1 工程簡介

某地鐵折返線暗挖隧道起訖里程YCK12+ 923.268—YCK13+526.108，總長602.840 m，支護參數見圖1。地處珠江三角洲沖積平原，淤泥和細砂層較厚，從中風化泥質粉砂巖、微風化泥質粉砂巖中穿越，賦存基巖裂隙水，具有承壓性，工程地質條件較差。

圖1 初期支護與二次襯砌示意

2 計算模型

本次計算采用三維模型計算，隧道頂部以上覆土為20 m，隧道底部以下為35 m，模型寬度兩邊各取30 m，縱向延伸13 m。在計算斷面時，都約束左右邊界的水平位移，約束下邊界的豎向位移，上邊界為自由邊界。中隔壁法(center diagram method，以下簡稱CD法)和交叉中隔壁法(center cross diagram method，以下簡稱CRD法)開挖步長為0.5 m，軸向取26個開挖步長。臺階法開挖步長為1 m，軸向取13個開挖步長［1-2］。

3 計算參數

本次計算所采用的計算參數具體如表1所示，初期支護厚度取30 cm，臨時支撐厚度取10 cm，荷載等效成面狀荷載為50 kN/m。

表1 圍巖及支護參數

4 計算工況

本次模擬總共分四種施工方法［3］，8種工況，見表2。

表2 計算工況

5 計算結果

由于篇幅有限，僅列出CRD法數值模擬圖，見圖2—圖4;各種工況的位移和彎矩計算結果見表3。

圖2 開挖結束洞室周圍應力云圖(單位:Pa)

圖3 初期支護受力云圖(單位:N·m)

圖4 施作二次襯砌后拱頂、地表監測點沉降曲線(單位:m)

表3 各施工工法計算結果

6 結論

1)根據有無仰拱臺階法的對比研究可知，設置仰拱后可降低隧道的地表和周邊位移、支護內力，最大地表位移和拱頂位移的降幅為11%～13%，初期支護最大彎矩值降幅為24%～26%。

2)彎矩最大的是C20混凝土和I27a鋼拱架支護無仰拱的臺階法，最小的是C20混凝土和鋼格柵支護有仰拱的臺階法;位移最大的是C20混凝土和鋼格柵支護CD法，最小的是C20混凝土和I27a鋼拱架支護下有仰拱的臺階法。

3)從上比較可知，臺階法無論內力或位移都較小，重點考慮臺階法。而C20混凝土和鋼格柵支護有仰拱的臺階法的最大地表沉降為16.35 mm，最大拱頂沉降為38.77 mm，最大彎矩7.52 kN·m，內力是最小的，其位移僅大于C20混凝土和I27a鋼拱架支護下有仰拱的臺階法的最大地表沉降14.68 mm和最大拱頂沉降35.83 mm，所以，最優的施工工法是采用C20混凝土和鋼格柵支護有仰拱的臺階法。

［1］李國.隧道及地下工程FLAC解析方法［M］.北京:中國水利水電出版社，2009.

［2］劉波，韓彥輝.FLAC原理、實例與應用指南［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10204—2002鐵路隧道施工規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

U455.4

B

1003-1995(2011)02-0070-02

2010-09-02;

2010-11-15

張東(1985—)，男，山東單縣人，助理工程師。

(責任審編 白敏華)