彭領(lǐng)根
摘? 要:隨著地下空間的開發(fā)利用,能提高地下空間利用率的類矩形盾構(gòu)在隧道工程中普及開來,但類矩形盾構(gòu)在較淺土層的施工影響仍值得研究探討。文章通過軟件模擬盾構(gòu)施工過程,與傳統(tǒng)單圓雙線隧道對(duì)比分析了類矩形隧道在淺埋情況下的施工影響。
關(guān)鍵詞:盾構(gòu)隧道;類矩形盾構(gòu);影響分析
中圖分類號(hào):U455.43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? ? ? ?文章編號(hào):2095-2945(2019)09-0110-02
Abstract: With the development and utilization of underground space, quasi-rectangular shield, which can increase the interest rate of underground space, is widely used in tunnel engineering. However, the construction effect of quasi-rectangular shield in shallow soil is still worth studying and discussing. In this paper, the construction process of shield tunneling is simulated by software, and the construction effect of quasi-rectangular tunnels under shallow burial is compared with that of traditional single-circular double-track tunnels.
Keywords: shield tunnel; quasi-rectangular shield; impact analysis
隨著城市交通的發(fā)展,發(fā)達(dá)的地下軌道交通已經(jīng)成為一個(gè)城市發(fā)展繁榮的重要標(biāo)志之一。在地下軌道交通的建設(shè)中,盾構(gòu)法施工因其施工速度快,對(duì)周圍影響小的特點(diǎn)成為隧道工程首選的施工方法。圓形截面盾構(gòu)隧道因其結(jié)構(gòu)受力合理,施工中受盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)影響及土層摩擦阻力較小,廣泛應(yīng)用于隧道工程施工,但是圓形隧道的空間利用率較低,現(xiàn)今在視寸土為寸金的發(fā)達(dá)城市這種截面形狀的盾構(gòu)方法較為不經(jīng)濟(jì)且浪費(fèi)地下空間資源。因此,既能保證應(yīng)有的使用功能,又能節(jié)約地下空間的異形斷面隧道不斷被研發(fā)出來,類矩形隧道便是其中應(yīng)用較多的一種。類矩形隧道不僅斷面面積較小,且盾構(gòu)施工一次便可建成,對(duì)周圍環(huán)境影響較小。由于盾構(gòu)施工造成的影響與隧道埋深有不可忽略的關(guān)系,故本文通過有限元軟件midas GTS模擬探究了類矩形隧道在淺埋情況下施工是否比傳統(tǒng)單圓雙線隧道影響小。
1 建立盾構(gòu)施工模型
1.1 模型材料參數(shù)
為使兩種盾構(gòu)是在相同的環(huán)境下施工,故模型采用同一種土體來模擬,為了更清晰地對(duì)比兩種界面類型的盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響,模型中使盾殼、管片和注漿的彈性模量較大,土體彈性模量較小,可減小因兩種隧道管片、注漿受圍巖土體的壓力產(chǎn)生變形引起土層沉降的影響。模型中個(gè)材料參數(shù)如表1。
1.2 模型尺寸參數(shù)
土體模型大小為120×100×45(長(zhǎng)×寬×高,單位m),類矩形及單圓雙線隧道截面大小如圖1,類矩形隧道管片厚450mm,立柱厚359mm;單圓隧道管片外直徑62m,厚300mm,兩隧道中心距離12m;兩種隧道管片都為12m,注漿層厚30mm,上覆土厚度5m。
為真實(shí)模擬施工過程,利用對(duì)單元的激活與鈍化功能,使每個(gè)施工步盾構(gòu)掘進(jìn)兩個(gè)襯環(huán),類矩形隧道為一次施工完成,單圓隧道分為左右同時(shí),右線先于左線10、20、30施工步,右線施工完成左線開始(快60步),五種施工方案來模擬雙線隧道的施工。
2 模型結(jié)果分析
2.1 橫向土體變形分析
隧道施工過程中無論何種截面類型的盾構(gòu)向前掘進(jìn)都會(huì)擾動(dòng)周圍的土層,從而引起地表沉降,盾構(gòu)經(jīng)過后會(huì)在地面橫斷面方向形成沉降曲線。類矩形隧道和單圓雙線隧道不同順序施工造成橫向土體變形如圖2所示,類矩形隧道沉降曲線近似于“V”形,在隧道中心處發(fā)生最大沉降,沉降值達(dá)21mm;單圓雙線隧道在埋深5m的情況下施工,對(duì)土體造成的沉降曲線近似為“W”形,變形較大的位于兩條隧道上方位置,五種施工方案產(chǎn)生的沉降曲線較為接近,最大沉降值為4.3mm。
明顯可對(duì)比出在淺層5m埋深的情況下,類矩形隧道施工產(chǎn)生的沉降要比單圓雙隧道大,但類矩形隧道沉降槽寬度要小于單圓雙線隧道。其原因可能由于隧道埋深較淺,隧道上覆土體無法形成拱結(jié)構(gòu),單圓隧道單個(gè)施工時(shí)開挖面積較小,對(duì)上部土體擾動(dòng)較小,而類矩形隧道為一次開挖,淺層土體中施工對(duì)上部土體擾動(dòng)較大。
2.2 縱向土體變形分析
盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中會(huì)對(duì)掌子面前方土體造成擠壓或土體損失,從而引起地表隆起或沉降;盾構(gòu)機(jī)后方土體由于注漿壓力,摩擦阻力等原因造成的土體擾動(dòng)也會(huì)造成土體的后期沉降。如圖3為類矩形隧道施工在縱斷面對(duì)土體造成的影響,選取單圓雙線隧道五種施工方案中雙線同時(shí)施工和發(fā)生沉降最大的方案與其對(duì)比;圖中橫坐標(biāo)表示距離掌子面的距離(盾構(gòu)前方為正),縱坐標(biāo)表示地表沉降值;從圖中可以明顯比較出,類矩形盾構(gòu)前方土體發(fā)生隆起,且在挖掘面位置發(fā)生明顯急劇沉降,而兩種方案的單圓隧道相對(duì)沉降較小;這是由于淺層土較容易擾動(dòng),而類矩形隧道開挖面較為集中,開挖面出現(xiàn)大面積的土體壓力不均勻,土體受擾動(dòng)較大,則沉降較大。
在圖3還可發(fā)現(xiàn)在類矩形盾構(gòu)機(jī)后方土體沉降波動(dòng)較大,而單圓隧道在盾構(gòu)通過后沉降會(huì)逐漸趨于平緩。這種現(xiàn)象除了土體受擾動(dòng)較大的原因外,還可能與類矩形盾構(gòu)注漿面積較大,注漿壓力和周圍土壓很難在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡有關(guān),大面積的土體受擾后發(fā)生固結(jié)也是產(chǎn)生該現(xiàn)象的主要原因,具體是哪種因素占主導(dǎo)因素后續(xù)研究可深入探究該問題。
3 結(jié)論
通過模擬類矩形及單圓雙線隧道在淺層土層中施工,對(duì)比分析了類矩形盾構(gòu)施工對(duì)土體產(chǎn)生的影響,結(jié)論如下:
(1)類矩形盾構(gòu)施工產(chǎn)生橫向土體沉降曲線近似“V”形,且沉降值遠(yuǎn)大于單圓雙線隧道,但其沉降槽寬度較小。
(2)類矩形盾構(gòu)前方土體受干擾范圍較大,盾構(gòu)后方土體沉降趨于穩(wěn)定速度較慢。
可知在淺層施工的類矩形隧道造成的影響同單圓雙線隧道相比較大,對(duì)施工控制要求較高。
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