張東，孟凡磊，童建軍

(1.山東省交通設(shè)計(jì)規(guī)劃院，濟(jì)南 250031;2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)，四川峨眉山 614200)

軟弱地層地鐵折返線段施工方法數(shù)值模擬研究

張東1，孟凡磊1，童建軍2

(1.山東省交通設(shè)計(jì)規(guī)劃院，濟(jì)南 250031;2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)，四川峨眉山 614200)

通過對某地鐵折返線建立FLAC三維數(shù)值計(jì)算模型，研究了CRD法、CD法、無仰拱臺(tái)階法、有仰拱臺(tái)階法等不同的施工方法和不同的初期支護(hù)參數(shù)對地表位移、圍巖應(yīng)力、初期支護(hù)受力等的影響，并據(jù)此選擇最優(yōu)的施工方法。

軟弱地層 施工方法 拱頂位移 初期支護(hù)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(hù)參數(shù)見圖1。地處珠江三角洲沖積平原，淤泥和細(xì)砂層較厚，從中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖中穿越，賦存基巖裂隙水，具有承壓性，工程地質(zhì)條件較差。

圖1 初期支護(hù)與二次襯砌示意

2 計(jì)算模型

本次計(jì)算采用三維模型計(jì)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(jì)算斷面時(shí)，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(gè)開挖步長。臺(tái)階法開挖步長為1 m，軸向取13個(gè)開挖步長［1-2］。

3 計(jì)算參數(shù)

本次計(jì)算所采用的計(jì)算參數(shù)具體如表1所示，初期支護(hù)厚度取30 cm，臨時(shí)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(hù)參數(shù)

4 計(jì)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(jì)算工況

5 計(jì)算結(jié)果

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

圖2 開挖結(jié)束洞室周圍應(yīng)力云圖(單位:Pa)

圖3 初期支護(hù)受力云圖(單位:N·m)

圖4 施作二次襯砌后拱頂、地表監(jiān)測點(diǎn)沉降曲線(單位:m)

表3 各施工工法計(jì)算結(jié)果

6 結(jié)論

1)根據(jù)有無仰拱臺(tái)階法的對比研究可知，設(shè)置仰拱后可降低隧道的地表和周邊位移、支護(hù)內(nèi)力，最大地表位移和拱頂位移的降幅為11%～13%，初期支護(hù)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(hù)無仰拱的臺(tái)階法，最小的是C20混凝土和鋼格柵支護(hù)有仰拱的臺(tái)階法;位移最大的是C20混凝土和鋼格柵支護(hù)CD法，最小的是C20混凝土和I27a鋼拱架支護(hù)下有仰拱的臺(tái)階法。

3)從上比較可知，臺(tái)階法無論內(nèi)力或位移都較小，重點(diǎn)考慮臺(tái)階法。而C20混凝土和鋼格柵支護(hù)有仰拱的臺(tái)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(nèi)力是最小的，其位移僅大于C20混凝土和I27a鋼拱架支護(hù)下有仰拱的臺(tái)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(yōu)的施工工法是采用C20混凝土和鋼格柵支護(hù)有仰拱的臺(tái)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(shí)例與應(yīng)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(guī)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(zé)任審編 白敏華)