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1、地鐵設計重慶地鐵素填土中淺埋暗挖施工方案比選曹偉(中鐵第一勘察設計院集團有限公司西安7 1 0 0 4 3)摘要以重慶地鐵工程為例。運用M i d a s-G T S 程序對施工斜井通過素填土層整個施工過程進行數值模擬，就臺階法和C R D 法在開挖過程中對地表沉降影響、支護結構變形及應力分布等方面進行了分析。研究表明，在素填土層中采取C R D 法施工更能有效地控制地表沉降、確保施工安全。為類似工程提供了較好的示范作用。關鍵詞施工斜井素填土M i d a s-G T SC R D 法臺階法地表沉降中圖分類號U 2 3 1 3文獻標識碼B文章編號1 0 0 9 4 5 3 9(2 0 0 9)2、0 9 0 0 5 6 0 4D i s c u s s i o na b o u tS h a l l o wB u r y i n gU n d e r g r o u n dE x c a v a t i o nM e t h o dS e l e c t i o ni nP l a i nF i l l i n gS o i lc a oW e i(C h i n aR a i l w a yF i r s tS u r v e ya n dD e s i g T tI n s t i t u t eG r o u pC o L i d，X i a n7 1 0 0 4 3，C h i3、 n a)A b s t r a c tT a k i n gC h o n g q i n gM e t r oe n g i n e e r i n gf o re x a m p l e t h i sp a p e ru s e sM I D A S-G T St od ot h en u m e r i c a ls i m u l a t i o ni nt h ew h o l ec o n s t r u c t i o np r o c e s so ft h ei n c l i n es h a f tp a 髓i I I gt h r o l l g hp l a i 4、n 毗s o i l，a n da n a l y z e st h et w oc o n s t r u c t i o nr 地t h o d s-b e n c hm e t h o da n dC R 肛i r It 即璐o ft h ei n f l u e n c eo ns u r f a c e 鴕t t】伽嘲吐i nt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s s s u p p o r ts t r u c t u r ed e f o r m a-t i o na n ds t 艘d i s t r i b u t i o n I ts5、 h o w st h a t，i np l a i nf i l l i n gs o i l，C R D 舭t h o d 咖c o n t r o lt h e 砌j c es e t t l e m e n tm o r ee f f e c t i v e l ya n dg u a r a n t e et h es a f e t yo ft h ec o n s t r u c t i o n，p r o v i d i n gab e t t e rd e m o n s t r a t i o ni nt h ea p p l i c a t i o nc E fs i m6、 i l a r 睨l g i n 蒯n g K e yw o r d se o n s=m l c t i o ni n c l i n es h a f t；p l a i nf d l i n gs o i l；M i d a s-G T S；C R Dm e t h o d；b e n c hm e t h o d；s u r f a c es e t t l e m e n t1引言2 工程概況地鐵建設是城市地下空間開發的重點，也是解決城市地表交通擁堵的主要措施之一。通過大量的地鐵工程實踐，人們普遍認識到，地鐵及地下洞室工程的核心問題就是安全問題，即如何選擇科學合理的施工方法保證施工7、安全。本文以重慶某在建地鐵施工斜井為背景，由于該斜井所處地質條件差、管線多，其施工對地表沉降控制要求嚴格。由于經驗和試驗手段的局限性，現針對施工斜井提出的兩種不同施工方案進行數據模擬分析。收稿日期：2 0 0 9 一0 7 一1 6施工斜井位于黃龍路下，全長2 7 0 1 5 9m，8 0 為暗挖段，洞口5 0m 范圍內埋深2 0 6 8m。施工斜井暗挖段采用直墻拱型隧道，寬度為7 4I n，高度6 8i n，支護參數見表I。表1 施工斜井支護參數項目材料及規格結構尺寸=3 5f f l，環向間超前支護4,4 2 小導管距0 3m，搭接1 5m錨桿4,2 2 砂漿錨桿L=3m，環、縱間距初lI8、 l lX 0 5m期支鋼筋網鄙，2 0 0m mX 2 0 0m m單層鋼筋網護噴射混凝土C 2 5 噴混凝土O 2 5m鋼架工1 6縱向間距0 5m施工斜井上方管線眾多，縱橫交錯。其中混凝鐵道建筑技術R A I L W A YC O N S T R U C T I O NT E C H N O L O G Y2 0 0 9 9 1 萬方數據她鎂設計土排水管道D N 5 0 0 橫跨施工斜井，且與開挖輪廓線相距0 8 6m。位置關系如圖1 所示。圖1管線與施工斜井位置關系3 地質概況妻凳豢囂墨囂篇妻言本工程洞口5 0n l 范圍內均為素填土，主巖級別為V I 級。各巖體物理力學指標值如表要由9、黏性-I-_ 及砂、泥巖塊石、碎石和建筑垃圾2 所示。表2 施工斜井巖體物理力學指標值砂巖泥質砂巖巖土名稱素填土結構面強風化中等風化強風化中等風化重度(k N-m 一3)2 02 32 4 92 32 5 7自然抗壓強度M P a4 1 31 3 4飽和抗壓強度M P a3 1 O8 1地基承載力標準值k P a1 2 04 0 030 0 03 0 015 0 0內摩擦角,k(。)2 83 04 23 03 52 0內聚力C k P aO021 0 0Ol0 0 07 0彈性模量M P a8 0 044 0 66 0 020 2 0泊松比弘0 4 50 4 00 1 40 4 00 3 4彈10、性抗力系數(M P a m。1)2 0 05 0 02 0 04 0 04 數值模擬計算4 1 軟件簡介M i d a s G T S 是M i d a s 公司開發專門求解巖土力學問題的大型商用有限元程序，其基本原理、算法與離散元法相似，它運用節點位移連續條件，可對連續介質進行大變形分析，基于顯式差分法求解運動方程和動力方程，由于采用混合離散技術，從而使模擬甥性破壞與塑性流動更精確。4 2 有限元模型計算模型的側面邊界分別受到x 軸方向位移約束，模型的地層下部邊界受到z 軸方向的位移約束。施工斜井斷面最大開挖寬度7 4i n，最大開挖鐵道建筑技術R A l L W A YC O N S T 11、R U C T I O NT E C H N O L O G Y高度6 8m，取地表以下3 0m，寬度5 0m 范圍內進行足尺計算。計算時路面荷載按2 0k P a 均布荷載考慮。整個計算模型采用平面應變建模，對兩種施工方案進行了施工階段的模擬。采用臺階法施工，共分為6 個施工步驟，建立的模型及網格劃分如圖2 所示；采用C R D 法施工，共分1 1 個施工步驟，建立的模型及網格劃分如圖3 所示。4 3 計算分析4 3 1一個施工循環內結構變形及應力分析(1)臺階法圖4、圖5 和圖6 分別給出了臺階法施工循環內，圍巖在x、z 方向上酶變形圖和主應力分布云圖。2 0 0 9 1 9 l5-i 萬12、方數據地鐵設計圖2 臺階法計算模型及網格劃分圖3 C R D 法計算模型及網格劃分圖4臺階法施工循環內不同工況下X 方向變形圖5臺階法施工循環內不同工況下Z 方向變形，圖6臺階法施工循環內不同工況下主應力云圖從計算結果可知，X 方向最大正位移出現在開挖下臺階時左側支護上，為2 0 9m m，最大負位移出現在其對應的右側支護上，為一2 3 3m m；z 方向最大負位移出現在開挖下臺階時隧道的拱頂，為一1 8 3m m，最大正位移出現在隧道的底板，為1 7 4m m；最大壓應力出現在開挖下臺階時支護拱肩處，為一7 6 5 9k P a，最大拉應力為3 0 1 5k P a。(2)C R D 法圖713、 給出了C R D 法施工循環內，圍巖主應力分布云圖。從計算結果可知，x 向最大正位移出現在臨時支護拆除時左側支護上，為1 7 0m m，最大負位移出現在其對應右側支護上，為一1 7 7m m；z方向最大負位移出現在臨時支護拆除時隧道拱頂，為一1 4 0m m，最大正位移出現在隧道底板中部，為2 0 3m m；最大壓應力出現在支護拱肩處，為一8 7 3 4k P a，最大拉應力為2 3 8 6k P a。5 8鐵道建筑技術R A I L W A YC O N S T R U C T I O NT E C H N O L O G Y2 0 0 9 9)萬方數據地鐵設計圖7C R D 法施工循環內14、不同工況下主應力云圖4 3 2 地表沉降分析(1)臺階法施工地表沉降分析臺階法施工模擬計算結果得到地表沉降數據如圖8 所示。計算結果表明：上臺階開挖支護后，拱頂最大地表沉降量為6 4 8 1l n l n，在距離拱頂3 6m處，地表沉降量分別為6 1 1 5l n l n 和6 2 0 21 1 1 1 1 1；下臺階開挖支護后，地表沉降增加，拱頂地表最大沉降量為1 0 5 2 6m i l l，而在距離拱頂3 6r l l 處，地表沉降增加至1 0 7 6 8m m 和1 0 9 7 3m m。拱頂地表沉降增加6 2 4 1，而在距離拱頂3 6i n 處地表沉降增加7 6 0 9 一7 6 15、9 3。地表沉降數據說明：下臺階的開挖加劇了地表沉降；同時，側土壓力的作用抑制了拱頂地表沉降的速度。g疊睦堰123456789 1 01 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8節點序號一上臺階開挖一上臺階支護一下臺階開挖一下臺階支護圖8 臺階法施工循環內地表沉降(2)C R D 法施工地表沉降分析C R D 法施工模擬計算結果得到地表沉降數據如圖9 所示。在左側開挖完成時，最大地表沉降為6 9 2 9m m；在右側開挖完成時，最大地表沉降為7 7 8 9m m；拆除臨時支護后，最大地表沉降為8 0 9 2 m m。隨著右側開挖支護及臨時支護拆除，地表沉降加劇，主要表現在拱頂16、右側3 6m 處，由原來鐵道建鏑技術R A I L W A YC O N S T R U C T I O NT E C H N O L O G Y的3 5 3 9 咖增加至7 3 8 5m m，增量達1 0 8 6 7。在整個施工過程中，左側施工中地表沉降值占其總沉降值的8 5 6 0 左右；右側施工中地表沉降值占其總沉降值的5 2 0 8 左右；臨時支護抑制了拱頂地表沉降。-94 4 結果比較通過數值模擬分析得出：關鍵點地表沉降數值見表3。C R D 法比臺階法拱頂地表沉降減少3 8 8 2；拱頂左3 6i n 處，減少2 4 8 5；拱頂右3 6n l處，減少3 2 7 0。C R D 法17、施工較臺階法更有效地控制了地表沉降。表3 兩種施工方案地表沉降比較地表沉I 蜂m m施工方案拱頂左3 6m 處拱頂拱頂右3 6m 處臺階法一l O 7 6 8一l O 5 2 6一1 0 9 7 3C R D 法一8 0 9 26 4 4 07 3 8 55 結論本文以重慶地鐵施工斜井施工方案為例，通過2 0 0 9 f 9 J5 9000000000O2345678一一一一一一一一a謦啊盎斌00O0O0O吣鯽。以4巧以m：萬方數據路基設計多年凍土路基工程技術探索與實踐l 多青(中鐵第一勘察設計院集團有限公司西安7 1 0 0 4 3)摘要簡要總結了自上世紀六七十年代以來青藏鐵路多年凍土路基工18、程技術探索與實踐過程，認為青藏鐵路多年凍_ L g 基設計應以凍土地基穩定為核心，依據凍土年平均地溫、舍冰量、不良凍土現象及水文地質等，考慮全球氣溫升高及其他因素的影響，以科學試驗為指導，采取主動保護凍土的措施動態設計，為列車快速通過高原提供技術保證。關鍵詞青藏鐵路多年凍土路基技術中圖分類號U 4 1 6 0 4文獻標識碼B文章編號1 0 0 9 4 5 3 9(2 0 0 9)0 9 一0 0 6 0 0 5T h eE x p l o r a t i o na n dP r a c t i c eo fP e r m a f r o s tS u b g r a d eE n g i n 19、e e r i n gT e c h n o l o g yW a n gD u o q i n g(C h i n aR a i l w a yF i r s tS u r v e ya n dD e s i g nI n s t i t u t eG r o u pC o L t d，X i a n7 1 0 0 4 3，C h i n a)A b s t r a c tT h i sp a p e r8 u m n l a r i T L t h ee x p l o r a t i o na n dp r a c t i c eo fp e r m a f r o s ts u b g20、 r a d ee n g i n e e r i n gt e c h n o l o g yi nQ i n g h a i-T i b e tr a i l w a yB l n c et h e1 9 6 0 s I tb e l i e v e st h a tt h ed e s i g no fp e r m a f r o s ts u b g r a d eo fQ i n g h a i-T i b e tr a i l w a yc e n t e r so nt h es t a b i l-i t yo ft h ep e r m a f r o s tf o u n21、 d a t i o na n di sb a s e do nt h ea v e r a g et e m p e r a t u r eo fp e r m a f r o s t，i c ec o n t e n t，a n dp o o rp e r m a f r o s tp h e n o m e n aa n dh y d r o g e o l o g i e a lc o n d i t i o n s I tt a k e si n t oc o n s i d e r a t i o nt h er i s ei nt h eg l o b a lt e m p e 22、r a t u r ea n do t h e rf a c t o r s I ti sg u i d db ys c i e n t i f i ce x p e r i m e n t sa n dt a k e st h ei n i t i a t i v et op r o t e c tt h ep e r m a f i o s t I t sd y n a m i cd e s i g np r o v i d e st e c h n i c a lg u a r a n t e ew h e nt h et r a i n sp a s st h r o u g ht h23、 ep l a t e a u K e yw o r d sQ i n g h a i T i b e tr a i l w a y；p e r m a f r o s t；s u b g r a d e；t e c h n o l o g y1地質特性青藏鐵路多年凍土分布在D K 9 5 7+6 4 0D K l 5 1 3+7 7 0，長度為5 4 6 4 3k m，其特點是熱穩定性差、含冰量高，受氣溫及水文地質等復雜因素影響，融沉、凍脹和不良凍土現象是主要工程地質問題。影響路基工程穩定的工程地質特性如下。收稿日期：2 0 0 9 0 7 1 6-+-+-斗+-+-+-+-+呻+-+-+一24、+-+-+-+卜+呻+-+-+-+-+-+H以上分析論述，得出以下幾點結論。(3)C R D 法施工更能有效地控制地表沉降，確(1)在地質條件差，周圍管線眾多，地表沉降要保施工安全。求嚴格的情況下進行地鐵施工，選擇一個合理的施(4)由于經驗和試驗手段的局限性，采用有限元工方案尤為重要。分析指導施工是一種有效的途徑，在施工過程中應加(2)通過數值模擬分析結果表明：臺階法施強監控量測，將信息反饋到設計單位，以優化設計。工過程中，最大相對地表沉降值出現在下臺階開挖時，為4。3 4 6m m；)C R D 法施工過程中，最大相對參考文獻地表沉降值出現在左下部開挖時，為3 1 9 6m m；1G B5 25、0 5 1 7 2 0 0 3 地鐵設計規范 s 在臺階法和C R D 法施工過程中，X 方向最大正位移2 關寶樹隧道工程設計要點集 M2 北京：人民交通出版出現在左側支護上，最大負位移出現在其對應的右社，2 0 0 3側支護上，z 方向最大負位移出現在拱頂，最大正位3 施仲衡地下鐵道設計與施工 M 西安：陜西科技出版移出現在底板。社，2 0 0 660釤道建筑技術RAILWAYC O N S T R U C T I O NT E C H N O L O G Y2 0 0 9f 9 J 萬方數據重慶地鐵素填土中淺埋暗挖施工方案比選重慶地鐵素填土中淺埋暗挖施工方案比選作者：曹偉，Cao Wei作者單位：中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安,710043刊名：鐵道建筑技術英文刊名：RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY年，卷(期)：2009(9)參考文獻(3條)參考文獻(3條)1.施仲衡 地下鐵道設計與施工 20062.關寶樹 隧道工程設計要點集 20033.GB 50517-2003,地鐵設計規范 2003 本文鏈接：http:/