【摘 要】 對(duì)北京地鐵10號(hào)線(xiàn)知學(xué)區(qū)間近距離側(cè)穿國(guó)管局宿舍樓3種不同工法的施工過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì) 計(jì)算 結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的比較 分析 ,論證了施工中采取袖閥管掌子面注漿和“后CRD法”等技術(shù)措施及工法對(duì)控制地表沉降的有效作用,得到了一些有益的結(jié)論,可供類(lèi)似工程 參考 �！娟P(guān)鍵詞】 隧道施工; 有限元; 數(shù)值模擬; 區(qū)間隧道; 地表沉降
1 工程概況
知春路站~學(xué)院路站區(qū)間位于北京海淀區(qū)知春路東段,右線(xiàn)起訖里程:K4+570.8~K5+485.331,長(zhǎng)度914.531m。其中K5+375.0-K5+430.0為近距離穿越國(guó)管局宿舍樓樓段。該段呈西北-東南走向,位于由直線(xiàn)過(guò)渡到R=350m圓曲線(xiàn)的緩和曲線(xiàn)上。隧道埋深16m。區(qū)間近距離過(guò)國(guó)管局宿舍樓樓段,右線(xiàn)結(jié)構(gòu)南側(cè)外緣距離樓房地下室最小水平距離約0.9m,最小垂直凈距5.7m,最近點(diǎn)為右K5+404.001,此處區(qū)間隧道的開(kāi)挖掘進(jìn)屬于近接施工。圖1為區(qū)間結(jié)構(gòu)與建筑物關(guān)系斷面圖。該段區(qū)間為單孔單線(xiàn)馬蹄形隧道,處于減震段,開(kāi)挖尺寸寬6.1m,高6.64m;本工程采用礦山法施工。穿越此建筑物,是本段區(qū)間的施工重點(diǎn)。穿越地段國(guó)管局宿舍樓實(shí)為兩座樓房,竣工于1993年。一座為磚混結(jié)構(gòu)條形基礎(chǔ),地上6層,基礎(chǔ)埋深約2~6m,基坑施工時(shí)采用放坡開(kāi)挖,無(wú)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。另一座為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)板樓,筏板基礎(chǔ),地上9層,地下2層,基礎(chǔ)埋深約6.2m,基坑施工時(shí)采用放坡開(kāi)挖,無(wú)圍護(hù)結(jié)構(gòu)(圖1)。本文采用有限元手段對(duì)區(qū)間隧道通過(guò)9層宿舍樓的情況進(jìn)行了平面數(shù)值模擬。隧道上方土層有雜填土、素填土、粉土、粉質(zhì)黏土,洞身土層有粉土、粉砂、細(xì)砂,底板標(biāo)高處于黏土層中。 影響 隧道施工的地下水是富存于洞身位置處粉土層和粉砂層中的臺(tái)地潛水,其他類(lèi)型地下水對(duì)隧道施工影響不大。本區(qū)段北側(cè)是繁忙的 交通 主干道的交通十字路口,南側(cè)是居民小區(qū),因而無(wú)法采取地面降水措施,臺(tái)地潛水水位下臺(tái)階中部,粉砂層含水量較為豐富。
2 工法介紹
本區(qū)段隧道由于靠近國(guó)管局宿舍樓,施工存在較大的風(fēng)險(xiǎn),隧道工法的選擇經(jīng)過(guò)了如下三個(gè)階段。
2.1 CD工法試驗(yàn)段施工階段
區(qū)間隧道左線(xiàn)K5+360-K5+375段為CD工法試驗(yàn)段施工階段。本段隧道初期支護(hù)施工于2006年3月26日開(kāi)始,2006年4月4日結(jié)束,歷時(shí)10天。隧道施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行,但由于本段隧道內(nèi)地質(zhì)情況,其下層全部為粉細(xì)砂層,而且含水豐富且本段又不具備降水條件,所以在采用CD法施工后地面沉降達(dá)到24mm,不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求地面沉降小于20mm的控制指標(biāo),因此隧道施工工法改為采用CRD工法施工。并增加全斷面袖閥管注漿、雙排小導(dǎo)管注漿等輔助措施。
2.2 CRD工法施工階段
CRD工法施工還是選擇先在區(qū)間左線(xiàn)進(jìn)行試驗(yàn)施工。當(dāng)施工5m后發(fā)現(xiàn),由于本隧道洞室為標(biāo)準(zhǔn)斷面,采用CRD工法后4個(gè)小洞斷面非常窄小,這樣在施工過(guò)程中每個(gè)小洞只能最多有3個(gè)工人進(jìn)行施工。施工進(jìn)度非常緩慢,同時(shí)由于施工進(jìn)度慢,洞室封閉時(shí)間長(zhǎng)。所以對(duì)于地面沉降仍較大。經(jīng) 研究 采取改進(jìn)的CRD工法施工,本文稱(chēng)之為“后CRD”工法。
2.3 “后CRD工法”施工階段
先采用CD工法施工,施工過(guò)程中用方木或工字鋼臨時(shí)替代中隔壁支護(hù)然后再施做正式的中隔壁。經(jīng)過(guò)在左線(xiàn)試驗(yàn)“后CRD”工法施工,監(jiān)測(cè)結(jié)果能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)允許范圍,而且施工速度也得到提高,所以這種工法被正式確定使用。
3 數(shù)值模擬邊界條件及過(guò)程
本次計(jì)算采用同濟(jì)曙光有限元正分析軟件進(jìn)行數(shù)值分析,模型為平面模型,其網(wǎng)格剖分見(jiàn)圖2。約束模型左右邊界水平位移和底部邊界豎向位移,上部邊界為自由邊界。國(guó)管局9層宿舍樓地面7層取樓層平均豎向荷載按18kN/m加載,地下兩層以平面單元建模,材料取為混凝土。錨桿采用桿單元進(jìn)行模擬,中隔壁、臨時(shí)橫撐及初次襯砌采用梁?jiǎn)卧M,二次襯砌采用曙光軟件內(nèi)置的結(jié)合梁模擬。小導(dǎo)管超前支護(hù)的效果體現(xiàn)在拱部2m范圍內(nèi)預(yù)加固圈的參數(shù)適當(dāng)提高,見(jiàn)表1材料物理力學(xué)參數(shù)表。袖閥管掌子面注漿不但可以提高掌子面的穩(wěn)定性,而且對(duì)工作面周邊圍巖也有一定的約束作用。計(jì)算過(guò)程中采取了袖閥管掌子面注漿措施的工法(CRD法和“后CRD法”),其開(kāi)挖引起的圍巖應(yīng)力釋放率取為0.2,CD法取0.35。
