浅埋暗挖地铁车站下穿既有线结构施工方法研究.doc

浅埋暗挖地铁车站下穿既有线结构施工方法研究
【摘要】本文将以北京地铁5号线崇文门地铁站的隧道施工为实例,分析浅埋暗挖地铁车站下穿既有线结构的施工方法。并讨论三种施工方法的优劣性,包括注洞法、中洞法、测洞法。以及介绍施工过程中三维模型的建立过程和如何选择合理的施工网格划分。通过多方面分析既有线结构的不同施工方法。
【关键词】浅埋暗挖法;数值模拟;既有线;施工方法优化
中图分类号:TU74 文献标识码:A 文章编号:
一、前言
在崇文门内外大街、崇文门东西大街及北京站西街血条路的交叉路口地下建立了5号线地铁,方向为南北走向。其地铁的特殊结构是存在既有线结构,在1968年的6月至11月期间建设了环线地铁隧道结构。从崇文们站到北京站,其隧道类型由分体双洞单线隧道过渡成联体双洞单线隧道。其隧道的变形缝区所对应的左右线有不同的里程。对于特色的既有线结构应该怎样的施工方法,需要进一步研究讨论并进行实践得出结论。
二、选择合理的施工方案
北京地铁5号线崇文门地铁站与普通的地铁暗挖车站相比,有一定的特殊性。一方面是因为崇文门站的隧道周围土体会在弥补土层损失的施工过程中发生一定距离的地层移动,从而引起地表沉陷。另一方面是由于周围土层在既有结构、刚度上存在着不同不同点,且存在着结构变形缝,这在很大程度上导致结构以不均匀的方式进行沉降和扭转。
因此北京地铁崇文站要严格把关安全因素,保证有效地对地表的沉降和倾斜进行控制。而且将既有线内轨道的平顺情况作为隧道在安全运营方面的重点考虑因素。只有这样才能确保在一定的范围内控制结构的沉降,特别是差异沉降方面。
对于所采取的施工方法和开挖程序会在不同角度影响地层的变形情况,需要通过深入分析断面的大小、形状,隧道的埋深,地下水等情况,选择出最有合理的施工方案。从而将开挖对地层的干扰程度降到最低限度,并达到控制既有线沉降和地表变形的目的。为了更有效的降低施工对周边环境造成的影响,要严格选择监控量测等辅助方法。
三、施工过程的三维模拟
1、模型基本假定及建模说明
在进行建立施工过程的三维模型时,要事先做好建模的初始假定工作。主要的假定条件和建模说明如下:初始设定地表以及各土层以均匀水平的方式进行分布,表1显示了土层与计算参数;对网格密度进行研究,并设定3m的开挖步长;选用塑性摩尔一库仑材料作为上层材料,线弹性材料用于初期的支护工作中以及二次衬砌作业中;对有线变形缝进行接触单元的模拟;对于弹性模量要将其折算为注浆加固的土体;弹性材料用于模型建立中,从而获得地层初始应力,对于运行保持平衡后,把摩尔库伦材料作为模型材料,再次进行运行平衡;在开挖过程中,不用考虑地下水对其造成的影响;对建模的数据进行计算时,要对网格划分洞周和关心的部位进行加密。
2、计算模型网格划分
在建立模型时,其上表面设置为自由表面,限制剩余5个表面的位移情况。在车站的主体结构网格划分中主要有三种施工方法,分别是注洞法模型网格,中洞法模型网格,测洞法模型网格。图1显示的是5号线崇文门新建车站和地铁环线既有线区间的位置关系。该施工方法采用的是注洞法模型网格。
四、模拟结果分析
1、不同开挖方式下既有线影响范围外地表沉降
图2的地表沉降曲线呈现了在注洞法、中洞法、测洞法三种施工方法中,其施工后超过既有线结构10m的