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北京地铁崇文门站暗挖施工数值模拟研究 第27卷第1期 2006年2月 建井技术 MINEC0NSTRUCTIONTECHNOLOGY Vo1.27No.1 Feb.2006 北京地铁崇文门站暗挖施工数值模拟研究 李宏建,孙星亮 (石家庄铁道学院土木工程分院,河北石家庄,050043) 摘要:介绍了北京地铁崇文门站双层断面暗挖施工方法和支护手段.采用有限元方法 对地铁车站主体结构施工全过程进行了数值模拟研究,得到了施工过程中的应力,位移变化情 况,掌握了施工过程中影响洞室稳定性的关键因素,对施工具有指导作用. 关键词:地铁;隧道;地表沉降;数值模拟;台阶法 中图分类号:U452文献标识码:A文章编号:1002—6029(2006)01—0035—03 1工程概况 北京地铁五号线崇文门站为双柱三跨岛式暗 挖车站,与既有地铁一号线崇文门站东端区间立 交,并从其下方穿过.该车站结构为端进式,两端 为双层结构,地下一层为站厅层,地下二层为站台 层;中间为单层结构,系站台层.车站有效站台中 心里程为K6+960.车站总长度202.9m,总宽度 24.2m,站台宽度14m.车站顶部上覆土层厚度 双层结构为8～9.3m,单层结构为13.5m.地层 物理力学性质指标与北京地铁五号线磁器口站一 崇文门站区间隧道相同,见文献[1]. 崇文门车站开挖断面规格(宽×高)为24.2m ×14.2m(单层断面为24.2m×11.08m),采用中 洞法施工.隧道初次支护为小导管超前注浆 +6.5mm钢筋网+喷射混凝土+格栅钢支撑. 超前小导管规格为~32mm×2.7m,纵向间距 1.0m,环向间距0.3m;钢筋网孔规格100ram ×100mm;喷射混凝土厚度350mm,强度等级 C20;格栅钢支撑由14,~16,~25mm钢筋和22a 工字钢加工而成,纵向间距0.5m.隧道临时中隔 壁与临时仰拱采用22号工字钢与网喷混凝土 (C20)联合支护. 隧道永久支护设计如下: (1)钢管柱:声1000mm×16mm(壁厚),布置 两排,纵向间距6.0m,横向间距7.2m. (2)钢管柱混凝土:混凝土强度等级C50,钢 管柱规格同(1),纵,横向间距也同(1). 收稿日期:2005—02—27 (3)底板(梁),顶拱(梁)及边墙:C30防水钢筋 混凝土,抗渗标号SlO;均为变截面,具体尺寸略. (4)中板,楼梯等:混凝土强度等级C30,中板 厚0.4m. (5)站台板:混凝土强度等级C25. 2数值计算分析 我们对车站初次支护形成过程中结构受力变 形情况及影响范围进行了动态分析,主要是分析 各个施工阶段由施工引起的地表沉降. 2.1数值模拟计算模型 采用有限元数值计算模型进行模拟计算,应 用日本软脑株式会社开发的具有模拟分步开挖和 支护能力的2D一软件进行模拟计算.计算模型 见图1. 度. 图1计算模型 计算假定如下: (1)平面应变. (2)弹塑性变形. (3)计算宽度取隧道边墙外2.5倍的隧道宽 36建井技术2006年第27卷 (4)计算深度取隧道底下3.0倍的隧道高度. (5)土(岩)体采用超前小导管注浆等措施加 固后,力学性质有所提高;根据经验,采用提高c, 值的方法来加以模拟.对于初次支护中的喷射 混凝土,格栅拱架(包括临时仰拱和中柱)以及二 次衬砌混凝土,均采用实体单元来模拟. (6)采用莫尔一库仑屈服准则. 在计算模型中,设定初次支护承担50围岩 压力,剩下的围岩压力由初次支护和永久支护共 同承担. 2.2计算结果分析 数值模拟计算得到了各主要施工过程位移等 值线图和地表沉降曲线,部分施工过程位移等值 线图和地表沉降曲线分别见图2和图3. (b) (d) 图2施工过程竖向位移等值线图 (a)中洞②部;(b)中洞⑦部;(c)中洞竖撑拆除;(d)侧洞②部 (e)侧洞④部i(f)侧洞二次衬砌完成 分析可知: (1)施工中地表累积最大沉降量为35.5mm, 沉降量最大处为车站中心线位置. (2)中洞开挖支护引起的地表沉降量较小,为 7.98mm,占总沉降量35.5mm的近1/4.中洞临 时中隔壁拆除引起的沉降量较大,为21.9mm,大 于中洞整个开挖支护过程中的累积沉降量,是引 起地表下沉的关键工序,也是施工中应特别重视 的工序.中洞临时中隔壁拆除引起的沉降量较 大,主要是竖撑拆除后,其承担的应力全部一次性 释放所致. (3)侧洞开挖支护及二次衬砌施工引起的沉 降量较小,约为1.4mm. (4)由施工引起的隧道地面隆起最大值最终 仅为0.586mm,不会造成不良后果. (5)随着隧道跨度和深度的增加,地表沉降量 增加较多. 3技术措施 根据以上计算分析,结合地层具体条件,提出 第1期李宏建等:北京地铁崇文门站暗挖施工数值模拟研究37 g g \ 簿 遥 匠 崩