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摘要：對北京地鐵10號線知學區(qū)間近距離側穿國管局宿舍樓3種不同工法的施工過程進行了數值模擬通過時計算結果與實測數據的比較分析，論證了施工中采取袖閥管掌子面注漿和“后CRD法”等技術措施及工法對控制地表沉降的有效作用，得到了一些有益的結論，可供類似工程參考。...

北京地鐵十號線某近接區(qū)間隧道的施工數值模擬

孫春光1，歐陽院平2

(1鐵道第四勘察設計院，湖北武漢430000；2長江勘測規(guī)劃設計研究院，湖北武漢430010)

1.工程概況

    知春路站一學院路站區(qū)間位于北京海淀區(qū)知春路東段、右線起訖里程：K4+5708-K5+485331，長度914531 m。其中K5+3750-K5+4300為近距離穿越國管局宿舍樓樓段。該段呈西北一東南走向，佗于由直線過渡到R=350 m圓曲線的緩和曲線上。隧道埋深16 m。區(qū)間近距離過國管局宿舍樓樓段，右線結構南側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，最近點為右K5+404 001，此處區(qū)間隧道的開挖掘進屬于近接施工。圖l為區(qū)間結構勺建筑物關系斷面圖。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6.1 m，高6. 64 m；本工程采用礦山法施工。穿越此建筑物，是本段區(qū)間的施工重點。穿越地段國管局宿臺樓宴為兩座樓房，竣工于l993年。一座為磚混結構條形基礎，地上6層，基礎埋深約2-6m基坑施工時采用故坡開挖，無基坑圍護結構。另一座為現澆混凝土結構板樓，筏板基礎，地上9層，地下2層．基礎埋深約6.2 m，基坑施工時采用放坡開挖，無圍護結構(圖1)。本文采用有限元手段對區(qū)間隧道通過9層宿臺樓的情況進行了平面數值模擬。

    隧道上方土層有雜填土、素填土、粉土、粉質黏土，洞身土層有粉土、粉砂、細砂，底板標高處于黏土層中。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地潛水，其他類型地下水對隧道施工影響不大。本區(qū)段北側是繁忙的交通主干道的變通十字路口，南側是居民小醫(yī)，因而無{擊采取地面降水措施，臺地潛水水位下臺階中部，粉砂層含水量較為豐富。

2.工法介紹

    本區(qū)段隧道由于靠近國管局宿舍樓．施工存在較大的風險，隧道工法的選擇經過了如下三個階段。

    2.1CD工法試驗段施工階段

    區(qū)間隧道左線K5+360-K5+375段為CD工法試驗段施工階段。本段隧道初期支護施工于2006年3月26日開始，2006年4月4日結束．歷時l0天。隧道施工嚴格按照設計及規(guī)范要求進行，但由于本段隧道內地質情況，其下層全部為粉細砂層，而且含水豐富且本段又不具備降水條件，所以在采用 CD法施工后地面沉降達到24mm，不能滿足設計要求地面沉降小于20 mm的控制指標，因此隧道施工工法改為采用CRD工法施工。井增加全斷而袖閥管注漿、雙排小導管注漿等輔助措施。

    2.2CRD工法施工階段

    CRD工法施工還是選擇先在區(qū)間左線進行試驗施工。當施工5 m后發(fā)現，由于車隧道洞室為標準斷面，采用CRD工法后4個小洞斷面非常窄小，這樣在施工過程中每個小洞只能最多有3個工人進行施工。施工進度非常緩慢，同時由于施工進度慢，洞室封閉時間長，昕以對于地面沉降仍較大。經研究采取改進的CRD工法施工，本文稱之為“后CRD”工法。

    2.3“后CRD工法”施工階段

    先采用CD工法施工．施工過程中用方術或工字鋼臨時替代中隔壁支護然后再施做正式的中隔壁。經過在左線試驗“后CRD”工法施工，監(jiān)測結果能滿足設計允許范圍，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.數值模擬邊界條件及過程

    本次計算采用同濟曙光有限元正分析軟件進行數值分析，模型為平面模型，其網格剖分見圖2約束模型左右邊界水平位移和底部邊界豎向位移，E部邊界為自由邊界。同管局9層宿舍樓地面7層取樓層平均豎向荷載按8 kN／m加載，地下兩層“平而單元建模，材料取為混凝土錨桿采用桿單兀進行模擬，中隔壁，臨時橫撐及初次襯砌采川梁單元模擬，二次村砌采用曙光軟件內置的結合粱模擬。小導管超前支護的效果體現在拱部2 m范圍內預加固圈的參數適當提高，見表l材料物理力學參數表，袖閥管掌子面注漿不但可以提高掌子面的穩(wěn)定性，而且對工作面周邊圍巖也有一定的約束作用。計算過程中采取了袖閥管掌子面注漿措施的l法(CRD法和“后CRD法”)，其肝挖引起的圍巖直力釋放率取為n2．CD法取0.35。

4.計算結果分析

    城市地鐵區(qū)間隧道施工對周邊環(huán)境的主要影響就是對地表沉降廈周邊建筑物的影響。本次計算主要研究三種工法條件下隧道開挖引起的地表沉降和建筑物位移情況。

    圖3為“后CRD法”施工引起的豎向位移云圖，較為形象地呈現了隧道施工完成時圍巖的豎向位移分布形態(tài)。計算模擬時．開挖分部是對稱進行的，豎向位移整體呈近似對稱漏斗狀。拱頂部位豎向位移較拱腰小說明“后CRD法”施工過程中設置臨時中隔壁能有效控制拱部圍巖的松弛變形，有利于抑制地表下降的發(fā)展。同時有利于控制底鼓變形的發(fā)展。

    表2為地表沉降計算值和實測值比較表。不同工法條件下地表沉降槽的分布情況見圖4所示。表2中數據表明，三種工法條件下的有限元計算值與實測值比較吻合。有限元計算結果較為合理，可為復雜T程設”提供參考、從控制地表沉降的角度來說，三種工法的優(yōu)劣順序為：“后CRD法”，CRD法及CD法CRD法地表最托沉降值比CD法減小40％，其原因有麗點：(1)CRD法丁序上要求分塊臨時橫撐封抑制了變形的發(fā)展；(2)袖閥管掌子面注漿對抑制變形的發(fā)展發(fā)生丁顯著的效應“后CRD法”最大沉降值比GRD法減小24％，這是由于“后CRD法”施工開挖分部大，較CRD工序少，施上進度快，及時的支護封閉有被控制丁圍巖的變形發(fā)展，減小了對地表環(huán)境及周邊建筑物的影響。因此，“后CRI)法”為奉工程的最優(yōu)施工方法。能夠滿足對地表沉降控制和周邊建筑物沉降控制的要求，實際施工時血正是采用了此工法，同時說明r設計過程中動態(tài)優(yōu)化創(chuàng)新工法工藝的重要性。

5.小結

    通過對數值計算結果和實測數據的分析，可以得到F有益的結論。

    (1)通過選取適當的物理參數和臺理的計算簡化條件可以得到與實測值比較吻合有限元數值計算結果，有限兀計算方法可以作為復雜近接施工問題分析的有效手段，其結果可作為類似工程的參考。

    (2)袖閥管掌子面注漿對抑制地表沉降有顯著的效果，在城市淺埋隧道施工中可推廣應用。

    (3)在本工程實施條件F，“后GRD法”為最優(yōu)的施工方法。設計人員應該在設計過程中敢于創(chuàng)新，加深對動態(tài)設計理念的理解。

參考文獻

[1]郭曉魁，李強，周雁，淺埋近接隧道施工地表沉降有限元分析[J]內豢古公路與運輸，2005(3)

[2]卿偉程，廖紅建，餞春宇，地隧道施工對相鄰建筑物Ⅱ地喪沉降的影響[J]地下空同與工程學報2005(6)

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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