1、地铁设计重庆地铁素填土中浅埋暗挖施工方案比选曹伟(中铁第一勘察设计院集团有限公司西安7 1 0 0 4 3)摘要以重庆地铁工程为例。运用M i d a s-G T S 程序对施工斜井通过素填土层整个施工过程进行数值模拟，就台阶法和C R D 法在开挖过程中对地表沉降影响、支护结构变形及应力分布等方面进行了分析。研究表明，在素填土层中采取C R D 法施工更能有效地控制地表沉降、确保施工安全。为类似工程提供了较好的示范作用。关键词施工斜井素填土M i d a s-G T SC R D 法台阶法地表沉降中图分类号U 2 3 1 3文献标识码B文章编号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 鸵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 工程概况地铁建设是城市地下空间开发的重点，也是解决城市地表交通拥堵的主要措施之一。通过大量的地铁工程实践，人们普遍认识到，地铁及地下洞室工程的核心问题就是安全问题，即如何选择科学合理的施工方法保证施工7、安全。本文以重庆某在建地铁施工斜井为背景，由于该斜井所处地质条件差、管线多，其施工对地表沉降控制要求严格。由于经验和试验手段的局限性，现针对施工斜井提出的两种不同施工方案进行数据模拟分析。收稿日期：2 0 0 9 一0 7 一1 6施工斜井位于黄龙路下，全长2 7 0 1 5 9m，8 0 为暗挖段，洞口5 0m 范围内埋深2 0 6 8m。施工斜井暗挖段采用直墙拱型隧道，宽度为7 4I n，高度6 8i n，支护参数见表I。表1 施工斜井支护参数项目材料及规格结构尺寸=3 5f f l，环向间超前支护4,4 2 小导管距0 3m，搭接1 5m锚杆4,2 2 砂浆锚杆L=3m，环、纵间距初lI8、 l lX 0 5m期支钢筋网鄙，2 0 0m mX 2 0 0m m单层钢筋网护喷射混凝土C 2 5 喷混凝土O 2 5m钢架工1 6纵向间距0 5m施工斜井上方管线众多，纵横交错。其中混凝铁道建筑技术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 万方数据她镁设计土排水管道D N 5 0 0 横跨施工斜井，且与开挖轮廓线相距0 8 6m。位置关系如图1 所示。图1管线与施工斜井位置关系3 地质概况妻凳豢嚣墨嚣篇妻言本工程洞口5 0n l 范围内均为素填土，主岩级别为V I 级。各岩体物理力学指标值如表要由9、黏性-I-_ 及砂、泥岩块石、碎石和建筑垃圾2 所示。表2 施工斜井岩体物理力学指标值砂岩泥质砂岩岩土名称素填土结构面强风化中等风化强风化中等风化重度(k N-m 一3)2 02 32 4 92 32 5 7自然抗压强度M P a4 1 31 3 4饱和抗压强度M P a3 1 O8 1地基承载力标准值k P a1 2 04 0 030 0 03 0 015 0 0内摩擦角,k(。)2 83 04 23 03 52 0内聚力C k P aO021 0 0Ol0 0 07 0弹性模量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弹10、性抗力系数(M P a m。1)2 0 05 0 02 0 04 0 04 数值模拟计算4 1 软件简介M i d a s G T S 是M i d a s 公司开发专门求解岩土力学问题的大型商用有限元程序，其基本原理、算法与离散元法相似，它运用节点位移连续条件，可对连续介质进行大变形分析，基于显式差分法求解运动方程和动力方程，由于采用混合离散技术，从而使模拟甥性破坏与塑性流动更精确。4 2 有限元模型计算模型的侧面边界分别受到x 轴方向位移约束，模型的地层下部边界受到z 轴方向的位移约束。施工斜井断面最大开挖宽度7 4i n，最大开挖铁道建筑技术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，宽度5 0m 范围内进行足尺计算。计算时路面荷载按2 0k P a 均布荷载考虑。整个计算模型采用平面应变建模，对两种施工方案进行了施工阶段的模拟。采用台阶法施工，共分为6 个施工步骤，建立的模型及网格划分如图2 所示；采用C R D 法施工，共分1 1 个施工步骤，建立的模型及网格划分如图3 所示。4 3 计算分析4 3 1一个施工循环内结构变形及应力分析(1)台阶法图4、图5 和图6 分别给出了台阶法施工循环内，围岩在x、z 方向上酶变形图和主应力分布云图。2 0 0 9 1 9 l5-i 万12、方数据地铁设计图2 台阶法计算模型及网格划分图3 C R D 法计算模型及网格划分图4台阶法施工循环内不同工况下X 方向变形图5台阶法施工循环内不同工况下Z 方向变形，图6台阶法施工循环内不同工况下主应力云图从计算结果可知，X 方向最大正位移出现在开挖下台阶时左侧支护上，为2 0 9m m，最大负位移出现在其对应的右侧支护上，为一2 3 3m m；z 方向最大负位移出现在开挖下台阶时隧道的拱顶，为一1 8 3m m，最大正位移出现在隧道的底板，为1 7 4m m；最大压应力出现在开挖下台阶时支护拱肩处，为一7 6 5 9k P a，最大拉应力为3 0 1 5k P a。(2)C R D 法图713、 给出了C R D 法施工循环内，围岩主应力分布云图。从计算结果可知，x 向最大正位移出现在临时支护拆除时左侧支护上，为1 7 0m m，最大负位移出现在其对应右侧支护上，为一1 7 7m m；z方向最大负位移出现在临时支护拆除时隧道拱顶，为一1 4 0m m，最大正位移出现在隧道底板中部，为2 0 3m m；最大压应力出现在支护拱肩处，为一8 7 3 4k P a，最大拉应力为2 3 8 6k P a。5 8铁道建筑技术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)万方数据地铁设计图7C R D 法施工循环内14、不同工况下主应力云图4 3 2 地表沉降分析(1)台阶法施工地表沉降分析台阶法施工模拟计算结果得到地表沉降数据如图8 所示。计算结果表明：上台阶开挖支护后，拱顶最大地表沉降量为6 4 8 1l n l n，在距离拱顶3 6m处，地表沉降量分别为6 1 1 5l n l n 和6 2 0 21 1 1 1 1 1；下台阶开挖支护后，地表沉降增加，拱顶地表最大沉降量为1 0 5 2 6m i l l，而在距离拱顶3 6r l l 处，地表沉降增加至1 0 7 6 8m m 和1 0 9 7 3m m。拱顶地表沉降增加6 2 4 1，而在距离拱顶3 6i n 处地表沉降增加7 6 0 9 一7 6 15、9 3。地表沉降数据说明：下台阶的开挖加剧了地表沉降；同时，侧土压力的作用抑制了拱顶地表沉降的速度。g叠睦堰123456789 1 01 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8节点序号一上台阶开挖一上台阶支护一下台阶开挖一下台阶支护图8 台阶法施工循环内地表沉降(2)C R D 法施工地表沉降分析C R D 法施工模拟计算结果得到地表沉降数据如图9 所示。在左侧开挖完成时，最大地表沉降为6 9 2 9m m；在右侧开挖完成时，最大地表沉降为7 7 8 9m m；拆除临时支护后，最大地表沉降为8 0 9 2 m m。随着右侧开挖支护及临时支护拆除，地表沉降加剧，主要表现在拱顶16、右侧3 6m 处，由原来铁道建镝技术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，增量达1 0 8 6 7。在整个施工过程中，左侧施工中地表沉降值占其总沉降值的8 5 6 0 左右；右侧施工中地表沉降值占其总沉降值的5 2 0 8 左右；临时支护抑制了拱顶地表沉降。-94 4 结果比较通过数值模拟分析得出：关键点地表沉降数值见表3。C R D 法比台阶法拱顶地表沉降减少3 8 8 2；拱顶左3 6i n 处，减少2 4 8 5；拱顶右3 6n l处，减少3 2 7 0。C R D 法17、施工较台阶法更有效地控制了地表沉降。表3 两种施工方案地表沉降比较地表沉I 蜂m m施工方案拱顶左3 6m 处拱顶拱顶右3 6m 处台阶法一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 结论本文以重庆地铁施工斜井施工方案为例，通过2 0 0 9 f 9 J5 9000000000O2345678一一一一一一一一a謦啊盎斌00O0O0O吣鲫。以4巧以m：万方数据路基设计多年冻土路基工程技术探索与实践l 多青(中铁第一勘察设计院集团有限公司西安7 1 0 0 4 3)摘要简要总结了自上世纪六七十年代以来青藏铁路多年冻土路基工18、程技术探索与实践过程，认为青藏铁路多年冻_ L g 基设计应以冻土地基稳定为核心，依据冻土年平均地温、舍冰量、不良冻土现象及水文地质等，考虑全球气温升高及其他因素的影响，以科学试验为指导，采取主动保护冻土的措施动态设计，为列车快速通过高原提供技术保证。关键词青藏铁路多年冻土路基技术中图分类号U 4 1 6 0 4文献标识码B文章编号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地质特性青藏铁路多年冻土分布在D K 9 5 7+6 4 0D K l 5 1 3+7 7 0，长度为5 4 6 4 3k m，其特点是热稳定性差、含冰量高，受气温及水文地质等复杂因素影响，融沉、冻胀和不良冻土现象是主要工程地质问题。影响路基工程稳定的工程地质特性如下。收稿日期：2 0 0 9 0 7 1 6-+-+-斗+-+-+-+-+呻+-+-+一24、+-+-+-+卜+呻+-+-+-+-+-+H以上分析论述，得出以下几点结论。(3)C R D 法施工更能有效地控制地表沉降，确(1)在地质条件差，周围管线众多，地表沉降要保施工安全。求严格的情况下进行地铁施工，选择一个合理的施(4)由于经验和试验手段的局限性，采用有限元工方案尤为重要。分析指导施工是一种有效的途径，在施工过程中应加(2)通过数值模拟分析结果表明：台阶法施强监控量测，将信息反馈到设计单位，以优化设计。工过程中，最大相对地表沉降值出现在下台阶开挖时，为4。3 4 6m m；)C R D 法施工过程中，最大相对参考文献地表沉降值出现在左下部开挖时，为3 1 9 6m m；1G B5 25、0 5 1 7 2 0 0 3 地铁设计规范 s 在台阶法和C R D 法施工过程中，X 方向最大正位移2 关宝树隧道工程设计要点集 M2 北京：人民交通出版出现在左侧支护上，最大负位移出现在其对应的右社，2 0 0 3侧支护上，z 方向最大负位移出现在拱顶，最大正位3 施仲衡地下铁道设计与施工 M 西安：陕西科技出版移出现在底板。社，2 0 0 660钐道建筑技术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 万方数据重庆地铁素填土中浅埋暗挖施工方案比选重庆地铁素填土中浅埋暗挖施工方案比选作者：曹伟，Cao Wei作者单位：中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安,710043刊名：铁道建筑技术英文刊名：RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY年，卷(期)：2009(9)参考文献(3条)参考文献(3条)1.施仲衡 地下铁道设计与施工 20062.关宝树 隧道工程设计要点集 20033.GB 50517-2003,地铁设计规范 2003 本文链接：http:/