填海区地铁盾构隧道下穿公路施工地层沉降规律的数值模拟.pdf

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1、第34卷，第4期中国铁道科学Vo1．34No．42013年7月CHINARAILWAYSCIENCEJuly，2013文章编号：lOOl一4632(2013)04—0033—07填海区地铁盾构隧道下穿公路施工地层沉降规律的数值模拟王建秀，邹宝平，陈学军。，易觉，邝光霖(1．同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室，上海200092；2．同济大学地下建筑与工程系，上海200092；3．桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林541004；4．广东华隧建设股份有限公司，广东广州510635)摘要：以深圳地铁2号线盾构隧道下

2、穿填海区滨海大道公路为背景，利用非线性有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型，研究在隧道施工扰动下，地表的横向沉降和纵向沉降、地层的水平位移和分层沉降的变形规律。仿真计算结果表明：在隧道横断面方向上地表沉降近似呈正态分布，在纵断面方向上地表沉降槽宽度约为15．0m；距隧道开挖面越近，地层水平位移受车辆荷载和隧道开挖扰动越大；在车辆荷载作用区域，地表沉降和地层水平位移均大于非车辆荷载作用区域，地层的分层沉降和沉降槽宽度均随着地层埋深增加而减小，地层的上部沉降普遍大于下部；在非车辆荷载作用区域，隧道中心线上方的土体

3、沉降随着地层埋深的增加而增加。关键词：填海区；盾构隧道；地表沉降；地层水平位移；分层沉降中图分类号：U459．3文献标识码：Adoi：10．3969／i．issn．1001—4632．2013．04．06近年来，深圳市在沿海地区进行了大量的填海ABAQUS，对盾构施工过程进行数值模拟，研究造陆工程，填海区地层条件属于软弱富水地层，在填海区盾构隧道下穿公路施工过程中地层沉降的此地区施工遇到了很多特殊的工程问题r】]。深圳地规律。铁2号线某区间隧道盾构工程在该填海区软弱富水地层中，并近距离下穿滨海大道。滨海大道是双向工程

4、概况及地质条件8车道的城市主干道，也是重要的海滨自然风景带，路基由填海而成。为了保证隧道盾构工程和滨深圳地铁2号线某区间隧道盾构工程(里程海大道的安全，亟待了解和掌握盾构穿越工程中地ZDK9+892．5O0一ZDK1O+45．000)为左、右线层的变形规律。分修的2条单线隧道，长1220．46m，盾构衬砌外盾构法在施工过程中不可避免地对岩土体产生径6．00m，衬砌管片厚度0．30m，管片环宽1．5O扰动，引起不同程度的土体变形。在高含水量、高m，隧道左右线间的平均间距为12．00m，平均覆压缩性、高触变性、低强度软土

5、构成的软弱富水地土厚度16．00m。该隧道在填海区软弱富水地层中层施工中，如果土体变形得不到有效控制，将会危近距离下穿滨海大道，如图1所示。滨海大道为双及周边邻近的建(构)筑物、道(铁)路以及地下向8车道城市公路，标准横断面宽为110．50ITI，管线的安全，引发一系列环境岩土工程问题[2。]。主车道路面宽度为40．50rn，两旁各设有1条辅助在既有盾构施工引起土体变形的研究[8。]中，关于车道、行人道路，同时设有3条分隔绿化带，路基填海区盾构隧道穿越运营公路引发沉降规律的研究由填海而成，路基填海面积为610000m

6、。，占公路较少，相关研究亟待开展。总面积的68，平均车流量约为60万辆／日。本文以深圳地铁2号线盾构隧道下穿填海区滨该区间隧道位于填海区，场地原始地貌为滨海海大道公路为背景，采用非线性有限元分析软件相潮间带(滩涂)，原始地面标高一0．7～一1．2收稿日期：2012—03—10；修订日期：2012—10—11基金项目：国家自然科学基金资助项目(41072205)；上海市自然科学基金资助项目(1OZR14315oo)作者简介：王建秀(1971一)，男，吉林双阳人，副教授，博士。34中国铁道科学第34卷m，场地于2002年

7、由填海而成，地面标高3．10～均质、各向同性的材料，其受力和变形在弹、塑性uv一帽嫩收_)惺4．93m。该区间隧道地层条件复杂，土层组成如范围内变化，衬砌受力和变形在弹性范围内变化；0m如图2所示，土层透水性、富水性好，在地下水作用②不考虑时间效应，盾构推进为空间位移上的变下易软化，自稳性差，易造成涌水、流沙现象。化；③土体与衬砌间的相互作用切向接触采用罚函数，法向接触采用硬接触，即接触面问只能传递压力，当出现拉力时两接触面自动分离；④滑移理论采用小滑移；接触中选用混凝土衬砌面为主面，土体围岩为从面。2．2有限元模型

8、采用ABAQUS非线性有限元分析软件进行盾构隧道三维数值建模。按照对称结构考虑，计算中取单线隧道的一半进行计算和模拟。规定隧道轴线方向为轴，宽度方向为z轴，垂直方向为Z轴。模型长45m，宽36m，深为33m。土体和衬砌均采用三维实体8结点单元进行离散，剖分后模型共有82524个单元和88874个节点，如图3所示。盾构推进方向图1工程平面位置关系