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《地铁车站站后折返区间浅埋暗挖开挖过程的模拟研究论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、地铁车站站后折返区间浅埋暗挖开挖过程的模拟研究论文.freel,高8.924m,纵向长32.943m,高跨比为0.378,为扁平结构,见图1。2开挖方案数值模拟FLAC(拉格朗日元法)是目前世界上优秀的岩土力学数值计算软件系统之一,FLAC3D是一种三维显式有限差分程序,其基本原理和算法与离散元法相似,它运用节点位移连续条件,可对连续介质进行大变形,基于显式差分法求解运动方程和动力方程,FLAC3D提供了梁、桩、锚杆、壳体等多种结构单元,非常适合于研究隧道开挖等岩土工程问题5。2.1模型及边界条件在开挖过程中,
2、地面横向受影响范围一般为开挖掌子面洞径3倍的范围。在无水、少水情况下,地面横向沉降范围一般认为等于结构埋深,也就是从结构物边横向向外结构埋深宽度6。工程中侧洞开挖断面跨度为7.4m,受开挖扰动的横向范围主要在侧洞外24m之内。结构覆盖土层厚度12.54m,结构底拱埋深21.5m。综上所述,考虑到中洞开挖对两侧土体的扰动和模型边界条件的影响,确定计算模型宽90m,高50m,纵向沿着隧道方向长度40m。由于内部结构相对于整个模型显得太小,为了更清晰显示内部结构,从而未显示外围土体,见图2。计算采用摩尔库仑准则,模型
3、在两侧边界和前后边界约束住水平位移,底部边界约束住竖直位移,上边界为自由面,考虑到地表是公路,因此模型在上边界施加20kPa的竖直向下均布荷载。2.2土体和衬砌材料参数根据实际勘测资料,土体特性分为4层。①第1层:表层杂填土,厚1.4m;②第2层:粉土,厚5.7m;③第3层:粉质砂土,厚4.3m;④第4层:粉质黏土与卵石,厚38.6m。土体参数见表1。2.3开挖方案设计折返区间采用双侧壁导坑法开挖,横截面开挖顺序见图1。开挖定义如下:A:开挖侧洞1、2、3、4部分,临时支护封闭,作初期衬砌、建筑柱和二次衬砌拱;
4、B:开挖中洞上层5、6部分,临时支护封闭顶拱,作初期衬砌,建筑中洞顶拱二次衬砌;C:开挖中洞下层7、8部分,临时支护封闭仰拱,作初期衬砌,建筑中洞仰拱二次衬砌。开挖方案如下:①方案1:两侧A同时开挖,再B开挖,最后C开挖,完成整体结构。②方案2:一侧A开挖,然后另侧A开挖,再B开挖,最后C开挖,完成整体结构。③方案3:先两侧A同时开挖20m,B、C开挖20m;再两侧A同时由20m开挖到40m,B、C开挖由20m开挖到40m,完成整体结构。④方案4:先一侧A开挖20m,另一侧A开挖20m,再B、C开挖20m;后再
5、一侧A由20m开挖到40m,另一侧A由20m开挖到40m,最后B、C由20m开挖到40m,完成整体结构。2.4模拟结果及分析由于该隧道为三洞对称结构,中洞净空高度和跨度都大于两边侧洞,又中洞所处中间位置两侧没有围岩的约束,且中洞上部土体变形受到两侧洞开挖的扰动以及中洞土体开挖的双重影响,使得中洞部位所对应的地面、顶拱相对位移变化量都大于侧洞所对应的地面、顶拱相对位移变化量,中洞土体开挖对地面沉降和结构变形的影响都比较大,所以有效地控制由于中洞开挖而使得的地面沉降和结构变形是工程中的关键。为研究隧道变形,沿着模型
6、纵向(即沿着隧道方向)在5、10、15、20、25、30、35m处取7个截面,监测截面中洞顶拱正中点及对应的地面点沉降,见图3、图4。从图3可以得出沿着隧道方向中洞地面沉降逐渐增大后又有减小的趋势,隧道两端地面沉降小,而在中间附近地面沉降大。这是由于隧道端部土体围岩压力比较小,受前后开挖的扰动也比较小,而隧道中部围岩压力比较大,受前后开挖土体的扰动也比较大的缘故。隧道前段开挖,开挖面应力释放,开挖面前部土体向开挖面倾斜,从而使得中洞地面沉降最大点一般在两端中间偏后一些,方案1和方案2大约在截面25m处,方案3和
7、方案4大约在截面30m处。分析图4可以得出沿着隧道方向中洞顶拱沉降先逐渐增大后减小,再增大最后又减小,沉降变化有一种波动的趋势,但总体趋势还是两端沉降比较小,中间沉降比较大,这和其地面沉降趋势相一致,只是在数值上顶拱的沉降比地面的沉降要大一些。这种变化趋势也和实际工程情况相吻合。分析图3和图4,后两种方案的中洞地面和中洞顶拱沉降量都要大于前两种方案,中洞地面最大沉降量后两种方案分别是前两种方案的1.6倍左右。顶拱最大沉降量是前两种方案的1.24倍左右。分析四种方案,最根本的区别在于前两种方案是侧洞开挖、二次衬砌
8、建筑完后再开挖中洞,后两种方案是把整个工程沿着隧道方向分为前20m开挖、浇筑二次衬砌和后20m开挖、浇筑二次衬砌两段进行施工,从图3和图4可以看出在前段15m施工时,四种方案地面和顶拱沉降相差不大,而之后的沉降差距就逐渐拉大,体现在施工开挖上即为前两种方案侧洞开挖到20m处后继续开挖侧洞,而后两种方案侧洞开挖到20m,建筑衬砌,开挖中洞。前者由于先只开挖侧洞,而中洞土体形成岩柱承受上部
