软弱地层地铁折返线段施工方法数值模拟研究

张东，孟凡磊，童建军

(1.山东省交通设计规划院，济南 250031;2.西南交通大学峨眉校区，四川峨眉山 614200)

软弱地层地铁折返线段施工方法数值模拟研究

张东1，孟凡磊1，童建军2

(1.山东省交通设计规划院，济南 250031;2.西南交通大学峨眉校区，四川峨眉山 614200)

通过对某地铁折返线建立FLAC三维数值计算模型，研究了CRD法、CD法、无仰拱台阶法、有仰拱台阶法等不同的施工方法和不同的初期支护参数对地表位移、围岩应力、初期支护受力等的影响，并据此选择最优的施工方法。

软弱地层 施工方法 拱顶位移 初期支护弯矩

1 工程简介

某地铁折返线暗挖隧道起讫里程YCK12+ 923.268—YCK13+526.108，总长602.840 m，支护参数见图1。地处珠江三角洲冲积平原，淤泥和细砂层较厚，从中风化泥质粉砂岩、微风化泥质粉砂岩中穿越，赋存基岩裂隙水，具有承压性，工程地质条件较差。

图1 初期支护与二次衬砌示意

2 计算模型

本次计算采用三维模型计算，隧道顶部以上覆土为20 m，隧道底部以下为35 m，模型宽度两边各取30 m，纵向延伸13 m。在计算断面时，都约束左右边界的水平位移，约束下边界的竖向位移，上边界为自由边界。中隔壁法(center diagram method，以下简称CD法)和交叉中隔壁法(center cross diagram method，以下简称CRD法)开挖步长为0.5 m，轴向取26个开挖步长。台阶法开挖步长为1 m，轴向取13个开挖步长［1-2］。

3 计算参数

本次计算所采用的计算参数具体如表1所示，初期支护厚度取30 cm，临时支撑厚度取10 cm，荷载等效成面状荷载为50 kN/m。

表1 围岩及支护参数

4 计算工况

本次模拟总共分四种施工方法［3］，8种工况，见表2。

表2 计算工况

5 计算结果

由于篇幅有限，仅列出CRD法数值模拟图，见图2—图4;各种工况的位移和弯矩计算结果见表3。

图2 开挖结束洞室周围应力云图(单位:Pa)

图3 初期支护受力云图(单位:N·m)

图4 施作二次衬砌后拱顶、地表监测点沉降曲线(单位:m)

表3 各施工工法计算结果

6 结论

1)根据有无仰拱台阶法的对比研究可知，设置仰拱后可降低隧道的地表和周边位移、支护内力，最大地表位移和拱顶位移的降幅为11%～13%，初期支护最大弯矩值降幅为24%～26%。

2)弯矩最大的是C20混凝土和I27a钢拱架支护无仰拱的台阶法，最小的是C20混凝土和钢格栅支护有仰拱的台阶法;位移最大的是C20混凝土和钢格栅支护CD法，最小的是C20混凝土和I27a钢拱架支护下有仰拱的台阶法。

3)从上比较可知，台阶法无论内力或位移都较小，重点考虑台阶法。而C20混凝土和钢格栅支护有仰拱的台阶法的最大地表沉降为16.35 mm，最大拱顶沉降为38.77 mm，最大弯矩7.52 kN·m，内力是最小的，其位移仅大于C20混凝土和I27a钢拱架支护下有仰拱的台阶法的最大地表沉降14.68 mm和最大拱顶沉降35.83 mm，所以，最优的施工工法是采用C20混凝土和钢格栅支护有仰拱的台阶法。

［1］李国.隧道及地下工程FLAC解析方法［M］.北京:中国水利水电出版社，2009.

［2］刘波，韩彦辉.FLAC原理、实例与应用指南［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［3］中华人民共和国铁道部.TB10204—2002铁路隧道施工规范［S］.北京:中国铁道出版社，2002.

U455.4

B

1003-1995(2011)02-0070-02

2010-09-02;

2010-11-15

张东(1985—)，男，山东单县人，助理工程师。

(责任审编 白敏华)