大直径盾构上穿地铁2号线区间的数值模拟.pdf

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1、增刊(总第149期)2010年11月审圄千跋工靠CHINAMUNlCIPALENGINEERINGS1(SodaINo．149)Nov．2010大直径盾构上穿地铁2号线区问的数值模拟楼葭菲(上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海200070)摘要：外滩通道是上海市“三纵i横”交通主干网络中三纵东线的组成部分．其中隧道部分采用盾构法施工．施工的盾构直径为14270mm。工程中隧道上穿正在运营的地铁2号线，此阶段隧道顶部覆土为8．52～8．65m，隧道底部距离2号线隧道顶部最近仅有1．46m。近距离的穿越将对2号线产生直接影响。采用数值模拟，建立计算模型，并采取外滩

2、隧道衬砌结构内部施加压载的方法．使地铁2号线最大隆起由lO．8咖减小至8．8mm．满足地铁保护要求。经施工实测，为8．9mill．使2号线运营未受影响。关键字：外滩通道：大直径盾构：近距离上穿地铁：空间结构整体三维有限元分析中图分类号：：U455．43文献标识码：A文章编号：1004-4655(2010)S1--0126_021工程概况外滩通道是上海市“三纵三横”交通主干网络中三纵东线的组成部分。其中．福州路工作井至天潼路T作井部分。采用盾构法施工。施工盾构采用西14270mm土压平衡盾构。盾构在345．356环上穿正在运营的地铁2号线．平面相对位置见图l。此段

3、盾构顶部覆土为8．52。8．65in。盾构底部距离2号线隧道顶部最近仅1．46111，盾构穿越区主要土层为②。江滩土、④灰色淤泥质黏土、⑤。灰色黏土、⑤，灰色粉质黏土。图1外滩通道与地铁2号线相交位置平面示意图外滩通道衬砌结构为装配式钢筋混凝土管片，外径西13．95m，内径币12．75m，环宽2．0m。地铁2号线区间圆形隧道采用盾构法施工，衬砌结构为单层装配式钢筋混凝土管片，外径为4,62m，内径为4,55nl，管片厚度为35cm．环宽为1．0m。收稿日期：2010--9—30·126·2计算模型和计算结果2．1计算模型为了研究施工过程中各构件的荷载效应．采用三

4、维有限元模型进行数值模拟分析。计算模型包括地铁2号线区间隧道、外滩通道衬砌结构及周边土体。土体参数如表l所示，采用德鲁克一普拉格模型的乏维实体单元模拟。外滩通道衬砌结构、地铁2号线区间隧道衬砌结构采用弹性板单元模拟。表l中土层的弹性模量是根据土层室内压缩模量试验、回弹模量试验及上海软土地区的工程经验综合确定的。表1土层材料参数泊松容重黏聚力摩擦压缩模回弹模弹性模土层‰，l【N·m。30，l【Pa角叫(。)量，MPa量／MPa①．填土O．2818．O1．030l②b黏质粉土央粉质黏土0．3l18．o11．O228．6③淤泥质粉质黏土0．3417．715．O13．5

5、4．34-3④淤泥质黏土0．3416．914．O9．53．O3．0⑤。黏土O．3217．817．0137．746．4⑤j粉质黏土O．3217．917．0171063．54⑦．砂质粉土0．2418．66．02930289．08计算范围原则上确定为外滩通道外边线约2倍隧道直径范围。最终的模型平面尺寸为80111×60in．竖直深度为50m，如图2所示。整体模型共有节点数68472个。三维实体单元64236个．二维板单元4030个。土体侧向边界约束法向位移．底面边界约束所有位移。由于上穿距离过近．设计考虑在盾构推进期间，外滩通道内布置堆载以减少衬砌的上浮变形。按施工先

6、后顺序，计算分为工况1．工况5进行分析。中圄千丛z钷楼葭菲：大直径盾构上穿地铁2号线区间的数值模拟2010年增刊圈2三维模型图工况l为初始地应力计算：工况2为地铁2号线已完成；工况3为模拟外滩通道盾构掘进作业；工况4为外滩通道衬砌结构完成：工况5为在外滩通道衬砌结构内部施加压载。2．2计算结果分析计算结果显示，若不采取加载措施(即为工况4结果)。当地层损失率为0．2％时。地面最大沉降为12．5mm．地铁2号线最大隆起为14．7mm．均出现在外滩通道垂直断面处。根据隆起计算结果．地铁2号线区间隧道的附加曲率半径最小为R=10101m<15000m．不满足地铁保护要

7、求，需采取一定的技术措施。根据工况5的计算．若在外滩通道衬砌结构内部局部施／m300kN／m的内部荷载．地铁2号线最大隆起为9．0nlln。地铁2号线区间隧道的附加曲率半径最小为R=16393m>15000m。满足地铁保护要求。3施工实测效果施工同时．对于外滩通道与地铁2号线相交处附近100m范围内的地铁2号线沿线进行了沉降监测．发生最大位移时(即外滩通道盾尾经过地铁2号线下行线时)的沉降曲线如图5所示。测点位胃，m图5沿地铁2号线方向的地面沉降曲线从监测数据可得．轨道交通2号线的隆起量的最大值为10．6mm．大于计算的采用技术措施后竖向变形9．0mill。小于

8、计算的未采取技术措施后竖