岩溶对地铁隧道围岩稳定性影响的数值模拟.pdfVIP

第44卷 第 3期 人 民 长 江 Vo1．44．No．3 2013年 2月 Yangtze River Feb．， 2013 文章编号 ：1001～4179(2013)03—0025—05 岩溶对地铁隧道围岩稳定性影响的数值模拟 苏 锋，郑 文 博 (同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室 地下建筑与工程系，上海 200092) 摘要：以深圳某区间地铁建设为例，运用岩土隧道分析有限元软件MIDAS／GTS对其围岩稳定性进行 了三维 数值模拟研究。探讨了溶洞的不同分布位置、溶洞的尺寸及溶洞与隧道间的净距等因素．对地铁盾构施工过 程 中围岩稳定性的影响。结果表明，上述 因素时隧道周边 围岩的安全系数、变形、土层塑性区分布、土层 中主 应力的分布及衬砌管片的弯矩分布等均有较大影响。研究成果已应用于实际工程的建设中，对其他岩溶地区 地铁施工有参考价值 。 关 键 词 ：岩溶 ；围岩稳定性 ；数值模拟 ；盾构管片；地铁工程 中图法分类号：U455 文献标志码 ：A 近年来随着我国铁路 、公路等基础建设 的迅速发 60m。施工采用德国土压平衡盾构机施工。隧道穿越 展 ，越来越多的工程兴建在岩溶地 区。特别是在西部 的复杂地层条件依次为：素填土、淤泥、粉质黏土层、灰 大开发战略中修筑铁路、公路等基础建设 以及在沿海 色粉细砂层 、坡残积土 、岩石强风化带、岩石微风化带 城市进行地下城市轨道交通 网的修筑时，常常会遇到 等，地层参数取 自地质勘查报告。隧道半径为6m，隧 在岩溶分布地带进行隧道开挖等工程建设情况 — 。 道埋深为 18．9m，隧道施工分 15次动态开挖 ，每次开 岩溶的不 良地质给隧道 的开挖和运营造成了严重 挖掘进4m。溶洞位于隧道正左侧，与隧道的净距为 威胁 ，尤其是在岩溶地区开挖城市隧道时，会造成隧道 12．4m，位于隧道开挖第 6断面到第 10断面之间，隧 周边变形 、失稳 ，常常导致隧道在开挖过程中的局部坍 道与溶洞均位于残积土层 ，溶洞内不存在水压或填充 塌 、掉块 、落石 ，也会造成岩溶涌水 ，不仅影响工程施 物 。 工 ，而且直接危害人员和机械设备 的安全 ～ 。‘ 2 计算模型的建立 本文以深圳某区间地铁开挖为背景 ，运用有 限元 数值分析软件进行三维动态施工过程的弹塑性数值模 本次数值模拟计算选用的是 目前地下工程分析中 拟 ，分析了溶洞不 同分布位置 、溶洞尺寸的大小以及溶 较先进 的三维有 限元岩土隧道分析软件 一MIDAS／ 洞与隧道间的净距等因素对地铁隧道盾构施工过程周 GTS。 边土体稳定性的影响，并得出了一些有益的结论。 根据实际的施工过程 ，利用 GTS在数值建模 中设 置 了15个断面模拟实际工程的 15次动态开挖。数值 罩 工程概况 模型采用 1：1的比例进行建模 ，基本参数 的选取与实 深圳某区间地铁是深圳交通运营中的两条主要线 际工程相 同，隧道半径取 6m。溶洞的形状简化为椭 路之一 ，属于城市轨道交通系统控制工程 ，岩溶区主要 圆形 ，长轴长4m，短轴长 3m，纵 向全长为 10m，与隧 分布在桩号 K7+496～K7+718及 K8+025～K8+ 道的净距为 12．4m。为 了简化分析，计算过程不考虑 115两个基岩为灰岩和砂岩 (含炭质页岩)地段，本文 地下水位对施工过程的影