北京地鐵六號線盾構(gòu)穿越地鐵flacd數(shù)值分析報告

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1、北京地鐵六號線青年路車站～十里堡車站區(qū)間隧道穿越鐵路FLAC3D數(shù)值分析報告中國礦業(yè)大學(xué)（北京）土木工程系二Ο一零年一月311.概述1.1引言地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)法施工是目前廣泛采用的隧道施工技術(shù)。在我國，地鐵施工造成地面沉陷、周邊建（構(gòu)）筑物損害、隧道涌水、城市生命線工程損害等事故時有發(fā)生，往往造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失與社會影響；其中隧道施工引起地層沉降的三維預(yù)測與控制問題尤顯重要。在隧道工程施工以前，國內(nèi)外普遍采用數(shù)值模擬分析計算的方法預(yù)測施工引起的地表變形及對周邊建構(gòu)筑物的影響。即將建設(shè)的北京地鐵六號線工程——青年路車站～十里堡站區(qū)間隧道工程，盾構(gòu)隧道從鐵路下穿過，考慮到建筑

2、物穩(wěn)定性的需要，需對此施工過程進(jìn)行數(shù)值分析。本報告采用國際上最先進(jìn)的巖土工程數(shù)值分析軟件系統(tǒng)，對隧道施工進(jìn)行了三維數(shù)值分析，來說明隧道施工的先后順序。1.2工程概述十里堡站~青年路站區(qū)間沿現(xiàn)狀朝陽北路道路南側(cè)地下敷設(shè)，線路呈東西走向，西段區(qū)間起于朝陽北路與十里鋪路相交路口的十里堡站，出站后沿朝陽北路路中向東敷設(shè)，線路經(jīng)過一人行天橋、京包鐵路及箱涵，止于朝陽北路與青年路相交路口的青年路站。區(qū)間全長1041.54m，采用盾構(gòu)法施工。在區(qū)間中部穿越京包鐵路及京包鐵路下的箱涵。鐵路箱涵外包尺寸43.15m×7.8m，采用混凝土預(yù)制頂進(jìn)施工，箱涵的南北兩側(cè)局部設(shè)置護(hù)坡樁，樁長約14

3、m。鐵路為5股道，分別是電廠專用線，東北環(huán)線，星雙聯(lián)絡(luò)線，磚瓦廠專用線和建材廠專用線。2三維數(shù)值分析建模與軟件系統(tǒng)概述地鐵隧道施工是典型的三維空間問題，盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降具有顯著的時空效應(yīng)。隧道施工動態(tài)過程引起地層移動變形包括：先期沉降、前方沉降或隆起、通過時的沉降、建筑空隙引起的沉降與滯后沉降等。隧道施工對地表影響的研究方法有：經(jīng)驗公式、隨機(jī)介質(zhì)理論法、彈塑性與粘彈塑性理論解析法、數(shù)值計算方法等31。施工之前，基于現(xiàn)場工程條件的三維數(shù)值模型是計算地表沉降最有效的手段。基于三維數(shù)值分析的方法，能模擬實際土層的變異情況、盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)—圍巖共同承載特性、盾構(gòu)施工的工藝

4、參數(shù)、壁后注漿參數(shù)等，使預(yù)測趨于合理。2.1數(shù)值分析的建模依據(jù)（1）北京地鐵6號線一期工程初步設(shè)計文件（2008.9）；（2）北京地鐵6號線一期工程初步設(shè)計審查意見；（3）北京地鐵6號線環(huán)境安全風(fēng)險源分級匯總表（2009年4月）（4）《北京地鐵6號線一期工程施工設(shè)計技術(shù)要求(送審稿)》；（5）《北京地鐵6號線一期十里堡站~青年路巖土工程勘察報告》及后續(xù)的補(bǔ)勘報告；（6）北京地鐵6號線一期工程線路資料（電子文件）（7）地鐵6號線一期工程地形、管線圖（電子文件）（8）降水咨詢審查意見（9）《北京軌道交通6號線一期工程建(構(gòu))筑物調(diào)查資料》（10）甲方及總體組提供的其他相關(guān)文件

5、（11）國家、行業(yè)和北京地區(qū)相關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程。2.2計算分析參照的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(1)《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB50157-2003）(2)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）(3)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB5007-2002）2.3數(shù)值計算的建模原則與計算模型概述建模原則：（1）采用三維數(shù)值模型，而非二維平面模型，旨在考慮隧道開挖的施工過程影響，便于分析由于施工過程引起地表移動的時空效應(yīng)問題。（2）考慮盾構(gòu)法動態(tài)施工過程，對該區(qū)間盾構(gòu)隧道施工導(dǎo)致的地面建筑物沉降進(jìn)行了FLAC3D數(shù)值計算分析31（3）土層厚度、土層力學(xué)參數(shù)、地下水位等水文地質(zhì)條件等按照勘

6、察報告提交的參數(shù)進(jìn)行選取，在不同的縱斷面位置，按照建模位置對應(yīng)的參數(shù)選取，土層厚度變化的按照該土層在該位置附近的平均值選取；土層強(qiáng)度參數(shù)按照勘察報告提供的建模位置相應(yīng)鉆孔的土層強(qiáng)度參數(shù)選取；當(dāng)該位置無直接的土層勘察數(shù)據(jù)可選取時，則按照該土層的平均強(qiáng)度參數(shù)選取。（4）盾構(gòu)類型與施工參數(shù)，按照北京地鐵目前普遍采用的土壓平衡盾構(gòu)，即：數(shù)值計算建模考慮土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在正常掘進(jìn)工作狀態(tài)下對上述不同模型的地表及周邊建構(gòu)物的影響。盾構(gòu)掘進(jìn)速度按照每天推進(jìn)6~7環(huán)管片（如6環(huán)：7.2m/天）的推進(jìn)速度進(jìn)行施工過程模擬。（55）考慮盾構(gòu)施工過程的同步注漿和壁后注漿對圍巖的加固作用，管片及注

7、漿體和圍巖共同承載。2.4數(shù)值分析用的FLAC3D軟件系統(tǒng)介紹本次計算分析采用的軟件系統(tǒng)是由美國引進(jìn)的FLAC-3D系統(tǒng)，它是目前世界上最優(yōu)秀的巖土工程數(shù)值分析軟件之一。FLAC-3D是直接針對巖土工程的軟件系統(tǒng)，其齊全的巖土材料與支護(hù)結(jié)構(gòu)模型和強(qiáng)大計算功能是其他通用有限元軟件系統(tǒng)難以比擬的。因此，國際隧道工程及其他巖土工程廣泛采用FLAC-3D進(jìn)行分析計算。FLAC（拉格朗日元法）是基于有限差分的數(shù)值計算軟件，F(xiàn)LAC3D考慮了巖土材料復(fù)雜性、可變性，以及巖土的非均質(zhì)、不連續(xù)、大變形、大應(yīng)變、非線性和峰值后強(qiáng)度特征。FLAC