摘 要 文章以深圳地铁三号线老-东区间盾构隧道工程为背景,采用有限元数值模拟 研究 方法 ,对地铁重叠隧道段在地表无任何建筑物和地表有房屋基础两种工程条件下,采用先上洞后下洞和先下洞后上洞两种施工顺序的盾构区间隧道施工全过程的力学行为进行了 分析 对比。通过分析,揭示出了相关的研究成果与实际施工顺序不同的关键所在,可为今后类似工程的设计与施工提供 参考 。
关键词 重叠隧道施工顺序地铁区间隧道盾构法 数值模拟
1工程背景
深圳地铁3号线的老-东(老街站—东门中路站)区间位于深圳市老街、东门核心商业中心区,该范围人流密集、道路交错、地下管线纵横。由于受老街站控制,上下隧道的最小净距为1.6m。隧道下穿的房屋除两处需进行托换外,大部分为6~8层砖混、扩大或筏板基础的房屋,地面沉降控制十分严格。本文以此为工程背景,对同一断面处地表没有任何地面建筑和地表有房屋基础两种工程条件下的上下重叠隧道进行数值模拟研究。
2工程水文地质
3数值模拟概况
3.1房 基3.2模 型
4数值模拟结果与分析
4.1地层应力
单洞施工过程中,地应力场变化较大的区域主要位于两侧拱腰(水平位置)偏下的区域,而施工全过程地应力场变化最大的区域是下洞两侧拱腰(水平位置)偏下的区域,表2所示为两种施工顺序施工结束时地层局部最大主应力分布状况。由表2可以看出:在地表无建筑物的工程条件下,采用先上洞后下洞施工顺序的地层局部最大第三主应力为0.515MPa,采用先下洞后上洞施工顺序的地层局部最大第三主应力为0.517MPa;在地表有房屋基础的工程条件下,采用先上洞后下洞施工顺序的地层局部最大第三主应力为0.784MPa,采用先下洞后上洞施工顺序的地层局部最大第三主应力为0.766MPa。由此可以得出:在地表无任何建筑物的工程条件下,采用先上洞后下洞施工顺序的地层局部第三主应力小于先下洞后上洞施工顺序的地层局部第三主应力;但在地表有房屋基础的工程条件下,以上结果刚好相反。
4.2地层位移
4.3地表沉降
施工过程中地表沉降区域主要集中在离隧道中心线对应地表点左右8m范围的区域内。各典型施工阶段地表最大沉降值都位于隧道中心线对应的地表点处,表4为两种施工顺序典型施工阶段地表沉降分布状况。由表4可以看到:在地表无建筑物工程条件时,施工结束时采用先上洞后下洞施工顺序的地表最终沉降值为2.5mm,而采用先下洞后上洞施工顺序的地表最终沉降值为4.2mm;在地表有房屋基础工程条件时,施工结束时采用先上洞后下洞施工顺序的地表最终沉降值为24mm,而采用先下洞后上洞施工顺序的地表最终沉降值为19mm。由此可得,在地表无建筑物工程条件时,先上洞后下洞施工顺序无论在单洞施工结束还是在双洞施工结束时其地表沉降值都将小于先下洞后上洞施工顺序相应的地表沉降值;但在地表有房屋基础工程条件时以上结果则刚好相反。
4.4地层塑性区
4.5 结构内力
由于上下隧道施工的相互 影响 ,上下重叠隧道的内力与单洞隧道的内力分布有一定的不同,同时在地表有房屋基础工程条件时,由于房基的存在,会更进一步影响重叠隧道的内力分布。表6所示为两种施工顺序施工结束时盾构隧道管片内力分布情况。由表6可以得出同地层应力、地层位移、地表沉降和地层塑性区相同的结论:在地表无建筑物工程条件时,先上洞后下洞施工顺序施工全过程结构的内力值(包括轴力和弯矩)都将小于先下洞后上洞施工顺序相应的结构内力值;但在地表有房屋基础工程条件时,以上结果却刚好相反。
5结 论
(1)在地表无建筑物工程条件时,采用先上洞后下洞施工顺序的,地层应力、地层位移、地表沉降、地层塑性区和结构内力值在施工全过程中的最大值都将小于采用先下洞后上洞施工顺序的相应值,这与相关报道的 研究 成果一致。
(2)在地表有房屋基础工程条件(可以认为在地表有一相当的集中荷载)时,采用先上洞后下洞施工顺序的地层应力、地层位移、地表沉降、地层塑性区和结构内力值在施工全过程中各阶段的最大值都将大于采用先下洞后上洞施工顺序的相应值,这与相关报道的研究成果相反。
(3)由于地表有房屋基础工程条件的各项最大指标值(包括地层应力、地层位移、地表沉降、地层塑性区和结构内力值)都比地表无建筑物工程条件时的相应值大,这就说明地表有房屋基础的工程条件为施工过程中的最不利工程条件,根据最不利工程条件下优选最佳施工顺序的原则,现场最终在重叠隧道段选用了先下洞后上洞的施工顺序。
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