付迎春，朱永全，陳 靜

(1.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石家莊 050041;2.石家莊鐵道大學(xué)，石家莊 050043;3.河北鐵建工程有限公司，石家莊 050000)

1 工程概況

南京地鐵一號(hào)線南延線車(chē)站出入線為地下隧道，軌道高程21～23 m，其上方為安德門(mén)站—寧丹路站區(qū)間正線隧道，軌道高程30～32 m，擬采用礦山法施工。區(qū)間正線與出入線上下交叉，結(jié)構(gòu)之間最小距離為1.152 m，施工時(shí)，首先施作下方隧道，并對(duì)頂部周邊圍巖進(jìn)行注漿加固，上方隧道開(kāi)挖采取合理的工序，減少對(duì)下部隧道的擾動(dòng)。

根據(jù)該處隧道臨近的地質(zhì)勘探CR26鉆孔地質(zhì)分層、各層地層勘探統(tǒng)計(jì)物性指標(biāo)，計(jì)算所采用的地層和結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)具體見(jiàn)表1?？紤]到其中微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖僅有巖塊試驗(yàn)指標(biāo)，泥質(zhì)粉砂巖巖體計(jì)算指標(biāo)按其圍巖分級(jí)V級(jí)的隧道規(guī)范值取值，結(jié)構(gòu)物性指標(biāo)取相應(yīng)混凝土類(lèi)型和強(qiáng)度等級(jí)的規(guī)范值。上層隧道拱部施作的超前小導(dǎo)管，下層隧道拱部施作的超前大管棚，計(jì)算中均按0.3 m地層加固有效厚度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取相應(yīng)地層 E(彈性模量)、C(黏聚力)、φ(摩擦角)、γ(重度)、μ(泊松比)參數(shù)提高25%。

表1 圍巖及材料物理力學(xué)指標(biāo)

計(jì)算分析模擬的工況為:先修建出入線(上下臺(tái)階開(kāi)挖)，然后逐步修建區(qū)間隧道(左右分部開(kāi)挖)，主要分析后建區(qū)間隧道對(duì)先建出入線隧道的影響

2 計(jì)算模型

計(jì)算采用 ANSYS三維有限元模型，隧道埋深13.9 m。側(cè)面邊界為水平位移約束，底面邊界為豎向位移約束。模型上部邊界為自由邊界。初期支護(hù)和圍巖均采用SOLID185實(shí)體單元。整個(gè)計(jì)算模型共有59 882個(gè)單元。模型及網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖1。

圖1 有限元分析模型

3 計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 地表沉降和地層豎向位移

先建出入線隧道開(kāi)挖支護(hù)后，地表沉降見(jiàn)圖2，地層的豎向位移見(jiàn)圖3。后建區(qū)間隧道開(kāi)挖支護(hù)后的地表沉降見(jiàn)圖4，地層的豎向位移見(jiàn)圖5。

由圖2～圖5可以看出:先建出入線隧道開(kāi)挖支護(hù)后的最大地表沉降為2.4 mm，地層最大豎向位移為4.6 mm;后建區(qū)間隧道開(kāi)挖支護(hù)后的最大地表沉降為3.4 mm，地層最大豎向位移為4.9 mm。

圖2 出入線隧道施工完成后的地表沉降(單位:m)

圖3 出入線隧道施工完成后的地層豎向位移(單位:m)

圖4 區(qū)間線隧道施工完成后的地表沉降(單位:m)

圖5 區(qū)間線隧道施工完成后的地層豎向位移(單位:m)

3.2 后建區(qū)間隧道施工對(duì)先建出入線隧道的影響

后建區(qū)間隧道施工按左右分部開(kāi)挖(CD分部、未設(shè)臨時(shí)中壁支護(hù))，從距兩洞相交中線位置50 m前開(kāi)始開(kāi)挖，離開(kāi)中心50 m后開(kāi)挖結(jié)束。

1)豎向位移影響

先建出入線隧道開(kāi)挖支護(hù)后(區(qū)間隧道未施工時(shí))，出入線隧道的豎向位移見(jiàn)圖6。

圖6 出入線隧道施工完成后出入線的豎向位移(單位:m)

先建的出入線隧道豎向位移和地層位移，隨后建的上層區(qū)間隧道施工開(kāi)挖進(jìn)尺關(guān)系分別見(jiàn)圖7～圖8。

圖7 區(qū)間隧道施工100 m時(shí)出入線隧道的豎向位移(單位:m)

圖8 區(qū)間隧道施工100 m時(shí)地層豎向位移(單位:m)

從圖7～圖8可以看出:先建的上層出入線隧道的豎向位移，隨后建的上層區(qū)間隧道開(kāi)挖位移增大，最大拱頂下沉從4.74 mm變化到4.88 mm，變化不大。而地層的最大豎向位移則從4.75 mm逐漸增大到4.87 mm，變化也不大。

2)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響

先建出入線隧道開(kāi)挖支護(hù)后(區(qū)間隧道未施工時(shí))，出入線隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)的主應(yīng)力見(jiàn)圖9和圖10。

出入線隧道開(kāi)挖支護(hù)后(區(qū)間隧道未施工時(shí))，出入線隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力為43.9 kPa，最大壓應(yīng)力為111.8 kPa。

圖9 出入線隧道自身施工后支護(hù)結(jié)構(gòu)的第一主應(yīng)力(單位:Pa)

圖10 出入線隧道自身施工后支護(hù)結(jié)構(gòu)的第三主應(yīng)力(單位:Pa)

后建上層隧道施工不同距離后，出入線支護(hù)結(jié)構(gòu)的主應(yīng)力見(jiàn)圖11、圖12。

圖11 上層區(qū)間隧道施工100 m時(shí)，

從圖11、圖12可以看出:先建出入線隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)的主應(yīng)力隨后建區(qū)間隧道的開(kāi)挖變化顯著。當(dāng)區(qū)間隧道開(kāi)挖24 m時(shí)，出入線隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)第一主應(yīng)力最大值為1.53 MPa(拉應(yīng)力)，第三主應(yīng)力最大值為－1.48 MPa(壓應(yīng)力);當(dāng)區(qū)間隧道開(kāi)挖48 m時(shí)，出入線隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)第一主應(yīng)力最大值為2.78 MPa(拉應(yīng)力)，第三主應(yīng)力最大值為－2.31 MPa(壓應(yīng)力);隨著區(qū)間隧道遠(yuǎn)離交叉位置，出入線隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)第一主應(yīng)力有逐漸減小的趨勢(shì)，最后穩(wěn)定在2.75 MPa(拉應(yīng)力)，而壓應(yīng)力繼續(xù)增加，最大壓應(yīng)力為－2.41 MPa。在交叉位置40 m(前后各20 m)范圍內(nèi)影響較大。區(qū)間隧道的施工使出入線隧道結(jié)構(gòu)的拉、壓應(yīng)力均增加，但其拉、壓應(yīng)力均小于鋼架混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

圖12 上層區(qū)間隧道施工100 m時(shí)，下層隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的第三主應(yīng)力(單位:Pa)

4 結(jié)論

1)先建的出入線隧道開(kāi)挖支護(hù)后的最大地表沉降為2.4 mm，最大拱頂下沉位移為4.6 mm;后建區(qū)間隧道開(kāi)挖支護(hù)后的累計(jì)最大地表沉降為3.4 mm，累計(jì)地層最大豎向位移為4.9 mm。地表位移滿足施工沉降控制標(biāo)準(zhǔn)。

2)后建上層區(qū)間隧道對(duì)先建出入線隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的豎向位移影響不明顯。而對(duì)先建出入線隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)主應(yīng)力影響顯著，最大拉應(yīng)力達(dá)2.75 MPa，最大壓應(yīng)力為－2.41 MPa，但其拉、壓應(yīng)力均小于鋼架混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3)考慮到支護(hù)結(jié)構(gòu)承受變形、抗震能力遠(yuǎn)好于襯砌混凝土，建議交叉區(qū)段上下層隧道全部開(kāi)挖支護(hù)后，再施作上下層隧道襯砌。

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