渠昀山

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷推進(jìn),大城市交通狀況日趨惡化,人們逐漸把目光轉(zhuǎn)向了地下空間,根據(jù)城市街道條件采用立體化布局,在既有運(yùn)營(yíng)地鐵下方開(kāi)挖隧道的方式也逐漸擺在了人們面前,由于新開(kāi)挖隧道的施工將不可避免地引起既有地鐵發(fā)生隆起、沉降、側(cè)傾等變形,且運(yùn)營(yíng)期間又給既有地鐵帶來(lái)振動(dòng)的影響。因此,為確保新開(kāi)挖隧道施工期間及運(yùn)營(yíng)期間既有地鐵的安全,需要對(duì)沿線地鐵安全性的影響進(jìn)行充分的評(píng)估論證。

本文以某一實(shí)際工程為例采用FLAC3D軟件分析由于地下隧道開(kāi)挖引起的土體沉降,造成既有地鐵車站出入口結(jié)構(gòu)各部位產(chǎn)生不同的沉降變形,為施工提供科學(xué)依據(jù)。

1 工程概況

在既有地鐵車站出入口,新開(kāi)挖隧道外側(cè)頂部與出入口梯道底板下邊緣凈距離為20.204 m,新開(kāi)挖隧道外側(cè)南部與出入口南側(cè)墻外邊緣凈距離為0.99 m,新開(kāi)挖軌道頂部埋深為35.17 m;出入口梯道底板埋深為7.175 m,如圖1所示。

2 計(jì)算假定及建模思想

地層模型假定土體為連續(xù)介質(zhì),地層模型的建立基于大變形模式的彈塑性理論。采用以有限差分法(FDM)為基本算法的FLAC3D軟件,計(jì)算土體變形。

2.1 幾何仿真模型的建立

1)地層結(jié)構(gòu)模型計(jì)算域的確定。圖1描述了現(xiàn)有車站出入口與下穿隧道間的相互關(guān)系。計(jì)算模型在 x方向(南北向)取94 m;y方向(東西向)取至既有結(jié)構(gòu)邊界兩側(cè)各 2.5D,為63.2 m;z方向上取至地面,下取至下穿隧道底部以下3D處,為 71.4 m,如圖2,圖3所示。2)地層結(jié)構(gòu)模型單元?jiǎng)澐?。既有車站出入口的分析?jì)算采用FLAC3D有限差分程序,建立土體結(jié)構(gòu)整體模型,其中地層土體采用8節(jié)點(diǎn)塊單元生成,隧道管片采用Shell單元模擬,出入口結(jié)構(gòu)采用實(shí)體單元模擬。整體模型中地層土體和隧道管片共劃分單元 106 428個(gè),節(jié)點(diǎn)總數(shù)為111 736個(gè),如圖2所示。出入口結(jié)構(gòu)的頂板、底板、側(cè)墻和隧道管片按混凝土材料模擬(未考慮鋼筋的影響)。

2.2 模型邊界條件及計(jì)算參數(shù)的確定

1)邊界條件。整體模型的地層土體邊界條件均采用側(cè)面固定法向位移,上表面取為自由邊界,底部為固定邊界。假定出入口結(jié)構(gòu)、隧道管片及地層土體之間符合變形協(xié)調(diào)原則。

2)地層結(jié)構(gòu)模型計(jì)算參數(shù)的選取。地層土體均采用Mohrcolumn模型,土體的參數(shù)取值參照土工試驗(yàn)報(bào)告;隧道施工考慮一次開(kāi)挖成型,注漿體影響范圍取徑向0.2 m,隧道開(kāi)挖引起周圍土體的應(yīng)力釋放率取27%。

2.3 計(jì)算荷載

1)結(jié)構(gòu)自重力。2)土體自重力。3)地面超載(是簡(jiǎn)化為永久作用的豎向均布荷載,20 kPa)。

2.4 計(jì)算結(jié)果

采用地層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)下穿隧道開(kāi)挖引起的地面沉降,下穿隧道按一次開(kāi)挖貫通考慮,不考慮洞體的分段掘進(jìn)過(guò)程對(duì)地表沉降的影響。根據(jù)FLAC3D計(jì)算所得到的地層結(jié)構(gòu)模型的數(shù)值結(jié)果,可得到出入口結(jié)構(gòu)剖面1—1～4—4的預(yù)測(cè)地表沉降變形曲線和結(jié)構(gòu)底板的預(yù)測(cè)沉降曲線(見(jiàn)圖 4)。地表最大沉降量為12.86 mm,結(jié)構(gòu)底板最大沉降為 16.53 mm。

3 結(jié)語(yǔ)

從結(jié)構(gòu)的位移分布云圖來(lái)看,垂直方向位移主要分布在通道與機(jī)房的交接處,之所以出現(xiàn)這種情況,是因?yàn)樗淼捞幱谄浯怪闭路?隧道開(kāi)挖后,隨著土體受到擾動(dòng)程度的增大,土體隨之變形,并不斷的向地表方向擴(kuò)展。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,樓梯和機(jī)房通道交接處,垂直位移較大,最大位移量約為 13.3 mm,平均位移約13.2 mm。在隧道的施工階段,應(yīng)對(duì)此位置的結(jié)構(gòu)密切關(guān)注,一旦出現(xiàn)異常變形,應(yīng)及時(shí)采取補(bǔ)救措施,以防意外發(fā)生。

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