地鐵車站施工過程建模仿真研究

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1、地鐵車站施工過程建模仿真研究　　摘要：本文以重慶市輕軌六號(hào)線江北城車站隧道工程為背景，簡(jiǎn)單介紹了該車站隧道的施工工法，通過大型有限元分析軟件Midas/GTS對(duì)地鐵車站施工過程進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真分析，模擬施工過程中土體的穩(wěn)定性以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形，以便于合理選擇和改進(jìn)開挖和支護(hù)方式，進(jìn)而指導(dǎo)工程施工。關(guān)鍵詞：大斷面隧道，Midas/GTS，模擬仿真Abstract:Thispaperpresentbrieflythemethodofstationtunnelconstructionbasedonthesixthrailwa

2、yinChongqing.TheconstructionprocessofthesubwaystationwasanalyzedbasedonthenumericalsimulationanalysisbyfiniteelementanalysissoftwareMidas/GTSandsimulatedthestabilityofMiddle-earthaswellastheforceanddeformationofsupportingstructuresothatareasonablechoiceandimprovedex

3、cavationandsupportcanbeputforwardandthenguidetheconstruction.Keywords:largesectiontunnel;Midas/GTS;simulation8中圖分類號(hào)：U415.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2013）隨著中國(guó)的經(jīng)濟(jì)的飛速增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程加劇，軌道交通在城市中所占的比重越來(lái)越大，由于系統(tǒng)所受環(huán)境的限制，在地鐵施工過程中修建深基坑及大斷面隧道是不可避免的。特別是近幾年，在建筑密集區(qū)和城市中心區(qū)，出現(xiàn)了大量地鐵深基坑及大斷面隧道工程。因

4、此，研究城市地鐵深基坑及大斷面隧道施工技術(shù)有著重要的意義。本文以重慶江北城車站隧道為工程背景，運(yùn)用數(shù)值模擬對(duì)其進(jìn)行仿真分析。根據(jù)具體工程相關(guān)情況研究地鐵車站深基坑及淺埋暗挖軟巖大斷面隧道的開挖施工工法，對(duì)車站大斷面隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和安全性加以分析，然后根據(jù)模擬仿真結(jié)果提出車站隧道合理的修正設(shè)計(jì)方法和改進(jìn)措施，為車站隧道的安全施工提供依據(jù)。1地鐵車站施工工法地鐵隧道施工方法的選擇，關(guān)鍵在于要和隧道的地質(zhì)條件相匹配，需根據(jù)隧道地質(zhì)勘察所查明得隧道通過地段的地形、地貌、地層、巖性和地質(zhì)構(gòu)造特征，確定合適的施工方法。在國(guó)內(nèi)已建成的

5、地鐵車站大斷面隧道中，常采用三種工法：中隔壁法（CD）、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（眼鏡法）、交叉中隔墻法（CRD）。81.1中隔壁法（CD）[作者簡(jiǎn)介：韓國(guó)令，男，1974年出生，學(xué)士，項(xiàng)目經(jīng)理，主要從事隧道施工及管理工作。]中隔壁法（CD）是將隧道分為左右兩部分進(jìn)行分部開挖。它適用于Ⅳ～Ⅴ圍巖的淺埋大斷面隧道。1.2交叉中隔壁法（CRD）交叉中隔壁法采用自上而下分為二至三步開挖中隔墻的一側(cè)，每開挖一部均及時(shí)施作錨噴支護(hù)、安設(shè)鋼架、施作中隔壁、安裝底部臨時(shí)仰拱。交叉中隔壁法適用于Ⅳ～Ⅴ圍巖雙線或者多線隧道開挖。1.3雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（眼鏡工法

6、）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法先開挖隧道兩側(cè)的導(dǎo)坑，并進(jìn)行初期支護(hù)，再分部開挖剩余部分的施工方法。特別是在跨度很大，圍巖條件特別差，地表沉陷要求嚴(yán)格的隧道施工時(shí)，單側(cè)壁導(dǎo)坑法往往難以控制隧道圍巖變形，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法成為了最好的選擇。重慶市軌道交通六號(hào)線一期工程范圍為上新街至禮嘉站。擬建江北城站設(shè)計(jì)為六號(hào)線與九號(hào)線的地下?lián)Q乘站，根據(jù)對(duì)江北城車站隧道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合大跨隧道開挖后應(yīng)力分布情況分析和重慶地區(qū)的類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，適合本工程特點(diǎn)的施工開挖方案是：上下雙側(cè)導(dǎo)坑法+先拱后墻法（拱部一次成型）。82有限元數(shù)值模擬分析有限元(FEM)法的思想發(fā)展

7、至今已經(jīng)相當(dāng)成熟，它幾乎全面滿足了靜力許可和應(yīng)力、應(yīng)變之間的本構(gòu)關(guān)系，可進(jìn)行巖土體彈塑性、粘彈塑性分析。其優(yōu)點(diǎn)是，部分地考慮了巖土體的不連續(xù)性和非均質(zhì)性，對(duì)以非線性、非均質(zhì)和各向異性為特征的介質(zhì)有很好的適應(yīng)能力，并具有靈活性和通用性，可以給出巖體的應(yīng)力、變形大小和分布，能夠解決各種復(fù)雜的邊界問題，并可近似地依據(jù)巖體應(yīng)力、應(yīng)變規(guī)律去分析地下巖土體的變形和破壞機(jī)制。1996年Duncan提出了強(qiáng)度折減法中安全系數(shù)的定義。如下式：用這個(gè)公式可以將有限元計(jì)算與穩(wěn)定性建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。強(qiáng)度折減有限元的基本原理就是將巖土體粘聚力c值和內(nèi)摩擦角

8、ψ值同時(shí)除以一個(gè)折減系數(shù)F，由此得到一組新的c、Φ值作為新的材料參數(shù)輸入再進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)計(jì)算結(jié)果不收斂時(shí)，對(duì)應(yīng)的F，被稱為巖土體的最小穩(wěn)定安全系數(shù)，此時(shí)巖土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)，發(fā)生剪切破壞，同時(shí)可得到坡體的破壞滑動(dòng)面。Midas/GTS的邊坡及地下工程穩(wěn)定分析采用了基于有限元法