近距離鄰近施工對既有地鐵區(qū)間結構安全性影響的數值模擬分析3200字

1、近間隔 鄰近施工對既有地鐵區(qū)間構造平安性影響的數值模擬分析3200字 摘要：近間隔 鄰近施工會對既有地鐵區(qū)間構造的會產生一定的影響，本文以北京某地鐵線二期新建區(qū)間鄰近既有地鐵一期區(qū)間施工為例，基于ANSYS建立的三維模型，對施工過程進展模擬分析。通過數值模擬，為工程施工提供參考，以便于采取合理措施減少因近間隔 鄰近施工對既有地鐵構造產生的影響，保證地鐵區(qū)間構造平安和地鐵運營平安。 關鍵字：鄰近施工，數值模擬，ANSYS，地鐵區(qū)間1工程概述1.1工程背景 新建地鐵區(qū)間與既有地鐵區(qū)間臨近施工，新建區(qū)間右線總長為 497.05m，左線總長 為785.39m，共有四處變形縫，新建區(qū)間構造左線與既有區(qū)間

2、構造凈距約1.33.7m。 新建區(qū)間段地面標高為37.1838.2m，區(qū)間軌頂標高為13.97722.177m，構造覆土厚度為18.910.3 m。區(qū)間平面由兩段R=450曲線及直線構成，區(qū)間線路坡度2、5、27。線間距15.515.9m。 區(qū)間段全部位于道路下方，主體構造采用礦山法施工，區(qū)連續(xù)面包含單線單洞，雙線單洞、三連拱隧道等多種形式。由于上方道路車流量大，地面建筑密集，施工中必須采取必要的加固措施，確保施工平安，且不對周圍建筑及地面交通產生影響。 區(qū)間平面圖及區(qū)間構造斷面圖如圖1、圖2所示。圖1 區(qū)間平面圖圖2 區(qū)連續(xù)面圖1.2工程特點 1本工程采用礦山法施工，近間隔 開挖，對既有地鐵

3、區(qū)間構造影響大，危險性高。 2既有地鐵構造預留接口部位，方便了新建地鐵區(qū)間與既有地鐵構造的連接，但仍具有一定的危險性。2計算方法及參數 模擬計算采用ANSYS軟件，全部單元采用實體單元。對新建區(qū)間鄰近段施工采用地層構造模型模擬，分析新建地鐵區(qū)間施工引起的既有地鐵區(qū)間的變形及應力變化，評估既有地鐵區(qū)間的平安性。 本次計算假定既有線區(qū)間構造為線彈性材料，新建線路區(qū)間構造與既有線區(qū)間構造及土體之間符合變形協調原那么，僅考慮正常使用工況，不考慮地震、人防工況。 邊界條件的選取時除了頂面取為自由邊界，其他5個面均采取法向約束。計算荷載考慮既有地鐵構造自重、列車荷載、土體豎向自重力和地表均布超載20kPa

4、等。 根據勘察單位所提供的勘察報告、鉆探資料及室內土工試驗結果，按地層沉積年代、成因類型，本區(qū)間土層分布自上而下依次為人工堆積層Qml、第四紀全新世沖洪積層Q41a l+pl、第四紀晚更新世沖洪積層Q3al+pl三大類。 區(qū)間隧道主要穿越飽和粉細砂層、中粗砂層和粉質粘土層，土體自穩(wěn)才能差，很難形成自然拱，極易發(fā)生涌砂甚至坍塌，對隧道開挖造成很大隱患。地下水位間隔 地面17m左右，處于隧道拱頂部位，豐富的地下水對隧道開挖影響大，土層參數見表1。表1土層參數表土層編號 土層名稱 壓縮模量MPa 粘聚力kPa 內摩擦角() 粉土填土 9 10 51 雜填土 6 0 10 粉土 14.9 21 273

5、 粉細砂 13 0 30 粉質粘土 11.2 26 161 粘土 6.4 35 152 粉土 13 17 25 粉質粘土 11.6 24 141 粘土 14.7 27 162 粉土 20.4 20 301 中粗砂 50.0 0 352 粉細砂 31.0 0 303計算分析3.1計算模型 根據新建線區(qū)間與既有線區(qū)間的相對位置關系，考慮區(qū)間構造主體變形縫、區(qū)間相對位置、開挖影響范圍，得到本工程評估范圍如圖3、圖4所示。圖3整體計算模型圖圖4 構造計算模型圖 施工前，對地層進展注漿加固處理，按注漿后土體的彈性模量為150MPa計算。加固區(qū)域如圖5所示：圖5加固區(qū)域示意圖3.2施工工序 按照新建地鐵區(qū)

6、間與既有地鐵區(qū)間相對位置關系和施工設計，施工模擬工序主要分為以下四步： 工序一：開挖新建隧道南側區(qū)段； 工序二：開挖新建隧道中間區(qū)段； 工序三：開挖新建隧道北側區(qū)段； 工序四：破除既有構造封堵墻。3.3變形預測 對地層進展注漿加固后，新建地鐵區(qū)間開挖后引起既有地鐵構造一定的豎向和橫向變形。構造豎向最大變形值為2.027mm，發(fā)生在構造底部；構造橫向最大變形值為3.605mm，發(fā)生在開挖一側側墻處。構造最終變形云圖如圖6、7所示。圖6最終豎向變形云圖 圖7最終橫向變形云圖 為了更準確的反映既有地鐵區(qū)間的構造變形，截取10個典型截面進展變形分析，選取的典型截面示意圖參見圖8。圖9圖12分別為既有地

7、鐵構造典型截面的變形曲線。圖8 典型截面示意圖圖9 典型截面1豎向變形曲線圖10 典型截面2豎向變形曲線圖11 典型截面1橫向變形曲線圖12 典型截面2橫向變形曲線3.4內力分析及承載力驗算 新建地鐵區(qū)間施工過程中引起既有地鐵區(qū)間構造一定的應力變化。經模擬計算分析，既有地鐵區(qū)間構造橫向彎矩和縱向彎矩的最大變化值與初始應力相比，變化幅度較小，對既有線區(qū)間構造影響不大，不會影響正常工作，根據以往經歷既有構造可以滿足施工要求。4 結論 1新建地鐵區(qū)間鄰近施工時會引起既有地鐵區(qū)間及軌道構造變形。根據數值模擬計算，得到既有地鐵區(qū)間構造最大沉降變形為2.027 mm，最大程度變形為3.605mm，變形方向

8、為趨向開挖側。 2為確保施工平安，左線區(qū)間隧道初襯施工前，由隧道內對隧道周邊、新建構造與既有構造之間進展注漿止水兼土體加固，注漿工藝、注漿止水漿液種類、參數等將根據注漿試驗結果，選取止水效果好、性價比高的注漿材料。注漿區(qū)域內的土體在注漿完成后，應有良好的均勻性和自立性，掌子面不得有明顯的滲水。 3嚴格執(zhí)行淺埋暗挖“十八字方針，加強初支背后回填注漿；初襯拱部超前導管、鎖腳錨管、初襯背后注漿、初襯與二襯間回填注漿，均參照區(qū)間標準段相關要求執(zhí)行；加強施工監(jiān)測，及時反應監(jiān)測信息，指導施工，做到信息化施工。發(fā)現既有地鐵區(qū)間構造變形異常時立即停頓開挖，分析原因，采取有效措施后才能繼續(xù)施工。 4經計算說明，在合理施工條件下，地鐵區(qū)間構造在預測變形范圍內是滿足承載力極限要求的，新建區(qū)間鄰近施工不影響原有構造的平安性；在施工過程中，對既有軌道構造采取必要的監(jiān)測措施，按照相關標準進展控制，既有地鐵軌道構造是平安的，且可以確保平安的運營。 5考慮工程的偶爾因素，需要制定針對性的應急預案，防患于未然。5結語 利用ANSYS有限元處理軟件進展鄰近施工對既有地鐵區(qū)間構造平安性模擬分析，可以很直觀地預測既有構造的變性規(guī)律和變形大小，從而為平安分析及施工控制提供理論根據。參考文獻1 賀少輝. 地下工程M.北京：清華大學出版 社,2022. 2 王新敏. ANSYS工程構造數值分析M. 北京：人民交通