基于ANSYS的地铁车站对既有隧道的影响分析

杨堃

【摘要】随着经济发展，地铁隧道的立面交叉越来越复杂，本论文从地铁车站对既有隧道的影响设计入手，详细分析了地铁车站施工对既有轨道交通隧道开挖位移分布模式受车站开挖变化规律、获得下穿隧道对既有隧道施工过程影响。

【关键词】地铁，交叉，施工过程影响

1. 引言

随着我国城市快速发展，城市隧道与地下空间的开发建设也进入了蓬勃发展的阶段。地铁日渐成为解决交通拥堵的主要手段，在地铁高速发展的过程中，就不可避免的出现了交叉问题，铁建设中备受关注的是施工对城市环境的影响，即考虑邻近既有建筑及道路交通等的正常使用，因此，准确预测及现场实测反馈施工引起的地层变形及其影响范围对施工安全和设计就显得十分重要[1-5]。本文在全面分析设计资料和地质资料的基础上，应用ANSYS软件计算，地铁车站施工对既有轨道交通隧道开挖位移分布模式受车站开挖变化规律、获得下穿隧道对既有隧道施工过程影响，对以后类似的工程提供借鉴和参考。

2. 项目概况

本工程为地铁工程 ，位于某市火车站广场，在既有一号线车站下方和既有火车站广场地下广场下方。轨道交通3号线、10号线、环线汇集于此。

图2.1.1 拟建地铁站平面布置总图

图2.1.1为拟建地铁车站平面布置总图。其中，该地铁车站环线方向长231.8m，为15m岛式站台车站，需下穿3号线既有车站。根据施工方法及使用功能的不同分为3个区段（分区详见图2.1.2拟建结构分区示意图），A区位于既有市政道路下方，采用明挖法施工，地下五层箱型框架结构，断面净高29.91m，净宽23.1m；B区位于3号线地铁车站下方，采用浅埋暗挖法施工，地下两层箱型框架结构，断面净高14.61m，净宽22.1m；C区主体结构位于火车站广场既有地下广场下方，采用明挖法施工，地下三层箱型框架结构，断面净高24.39m，净宽58.75m。

图2.1.2 拟建某站结构分区示意图

1.2 地铁3号线火车站概况

地铁3号线火车站站，位于火车站广场西侧。车站为侧式站台、跨座式单轨车站，车站主体总长度207m，宽度38.4m，采用地下两层箱型框架结构，顶标高254.12，底标高240.52，覆土1.5m，采用明挖法施工，已开通运营。

3.1 计算模型

计算采用ANSYS有限元分析软件。模型尺寸长×宽×高=150m×80m×70m，底部固定，两侧约束水平位移。

图3.1.1 有限元计算模型

3.2 计算步序

（1）初始地应力

（2）A区基坑开挖

（3）B区下穿结构柱施工及岩体开挖

（4）C区及A区保留岩体开挖。

3.3 计算结果

3.3.1 A区基坑开挖

图3.3.1 A区开挖引起的三号线竖向和水平位移云图（单位 m）

图3.3.2 A区基坑开挖引起的地层竖向和水平位移云图（单位 m）

3.3.2 B区十号线结构施工及岩体开挖

图3.3.3 B区基坑开挖引起的三號线竖向和水平位移云图（单位 m）

图3.3.4 B区基坑开挖引起的三号线竖向和水平位移云图（单位 m）

3.3.3 C区基坑开挖及A区剩余岩体开挖

图3.3.5 C区基坑开挖引起的三号线竖向和水平位移云图（单位 m）

图3.3.6 C区基坑开挖引起的三号线竖向位移云图（单位 m）

6.3.4 计算结果小结

（1）十号线基坑及下穿三号线岩体开挖卸载引起三号线火车站站产生一定上浮，最大变形量为7.6mm，引起的三号线火车站站最大水平位移2.9mm。

（2）三号线线路纵向不均匀变形约1/8000，满足不大于1/5000的控制标准；

（3）通过提取计算结果，三号线左右线位移高差约3.4mm，满足4mm的控制标

参考文献

1. Attewell P B.Yeates Soil monements induced by tunneling and their effects in bulding nearny 1986

2. E.Soliman.H.Duddeck.H.Ahrens Two-and three-dimensional analysis of closely spaced double-tubetunnels 1993（01）

3. Imaki，J Execution of large cross section tunnel by NATM in sandy soil with small coner 1984

4. Whiteman R V Enaluating calculated risk in geotechnical engineering 1984

5. 黄俊 地铁重叠隧道上覆地层变形的数值模拟[期刊论文]-岩石力学与工程学报 2005