地铁三号线下穿宁芜铁路沉降控制分析.docVIP

地铁三号线下穿宁芜铁路沉降控制分析 ? 摘 要:南京地铁三号线白雨区间需下穿运营中的宁芜铁路，宁芜铁路为碎石道床，为保证隧道施工过程中铁路的安全，通过大型非线性有限元 Abaqus 分析了盾构穿越过程中的沉降特性，得出模拟分析道床沉降结果并提出穿越过程对沉降变形的工程控制措施。 关键词:宁芜铁路; 模拟分析; 沉降变形; 控制措施 ? 1 工程概况 ????? 南京地铁三号线线路在雨花门站前先后下穿宁芜铁路，地铁区间隧道在该段拟采用盾构法施工，在施工过程中，要采取有效措施，确保铁路结构安全及正常运营。 ????? 通过有限元计算分析方法，推断出地铁施工过程的影响程度，并结合我国当前盾构下穿运营中的铁路或者地铁隧道的工程实例所采取的措施，经综合分析比较后，提出有针对性的铁路保护措施。 ? 2 地质概况 ?????? 根据勘察揭示的地层结构和地下水的赋存条件，本段地下水类型主要为松散地层中的孔隙水，其次为基岩裂隙水。 2. 1 松散地层的孔隙水 ???? 松散地层中的孔隙水是本段地下水的主要类型，根据其埋藏条件和水力性质，可以划分为上层滞水、浅层潜水、弱承压水。 ????? ( 1) 上层滞水。 ????? 勘探揭示，上层滞水主要分布于人工填土层。 ????? ( 2) 浅层潜水。 ????? 勘探揭示，浅层潜水主要分布秦淮河古河道漫滩、坳沟范围，含水层包括人工填土层、中—晚全新世冲淤积成因的砂性土层和软弱粘性土层。 2. 2 基岩裂隙水 ????? 分布于江宁路中段、晨光巷一带的安山岩中，浅部岩层风化强烈，已呈砂土混碎块状，部分地段中风化岩岩体较破碎，节理裂隙发育，存在裂隙水。 ????? 土层及岩层的基本物理力学参数如下: 第 1 层为杂填土，含水量为 31%，土重度为 19． 4 kN/m3，孔隙比为 0． 780，塑性指数为 13． 8，粘聚力为 29． 1 kPa，内摩擦角为 13． 5°; 第2 层为素填土，含水量为 27． 2% ，土重度为 19． 4 kN / m3，孔隙比为 0． 781，塑性指数为 14． 6，粘聚力为 25． 0kPa，内摩擦角为 16． 1°; 第 3 层为粉质粘土，含水量为 28． 0%，土重度为19． 5 kN / m3，孔隙比为 0． 779，塑性指数为 14． 4，粘聚力为25． 0 kPa，内摩擦角为 15． 1°; 第 4 层为淤泥质粉质粘土，含水量为36． 2%，土重度为18． 5 kN/m3，孔隙比为1． 006，塑性指数为 14． 4，粘聚力为 17． 9 kPa，内摩擦角为 11． 1°; 第 5 层为强风化泥质粉砂岩、粉砂岩泥岩，粘聚力为 39． 0 kPa，内摩擦角为 20． 2°。 ? 3 盾构隧道上方地层沉降成因 ????? 地表变形是由于盾构法施工而引起隧道周围土体的松动和沉陷，它直观表现为沉降或隆起。受其影响隧道附近地区的构筑物将产生变形、沉降或变位，以至使构筑物机能遭受破损或破坏。 3. 1 土体损失 ????? 隧道的挖掘土量常常由于超挖等原因而比按照隧道断面积计算出的土量大得多，这样，就使隧道与衬砌之间产生空隙。在软粘土中空隙会被周围土壤及时填充，引起地层运动，产生施工沉降( 也称瞬时沉降) 。 3. 2 固结沉降 ????? 由于盾构推进过程中的挤压、超挖和盾尾的压浆作用，对地层产生扰动，使隧道周围地层产生正、负超孔隙水压力，从而引起地层沉降称为固结沉降。 3. 3 长期延续沉陷 ????? 指盾构通过后在相当长一段时间内仍延续着的沉降。 ? 4 模拟分析结果 ????? 采用大型有限元通用软件 Abaqus 进行数值模拟分析，采用摩尔—库仑模型模拟土层，采用线弹性模型模拟管片，土层的破坏准则是张拉剪切组合的 Mohr － Coulomb 准则。计算结果如图 1、2 所示。 ????? 经上述模拟分析可以看出，在盾构隧道双线全部通过铁路断面后地面沉降约为 4 mm。 ? 5 对铁路保护的处理措施 5. 1 加强施工监测 ????? 监测是施工效果的直接反映，是地铁盾构施工中对重要建筑物进行保护的重要手段。所谓信息化施工是指通过监测数据的反馈分析，判断当前的施工状况是否科学合理，及时发现工程中存在的问题，为采取有效的防范措施提供基础信息，指导施工安全顺利进行。监测内容包括: ( 1) 垂直沉降; ( 2) 水平位移; ( 3) 轨道左右两侧高差; ( 4) 土体位移。 5. 2 优化盾构推进参数 ????? 盾构施工对周边土层影响程度受控因素很多，如土仓压力、推进速度、总推力、出土量、刀盘转速、注浆量和注浆压力等施工参数，针对优化施工参数选择主要施工措施可以归纳如下。 ????? 控制出碴量: 通过加气保压使土仓内压力值保持恒定，尽量将其波动值控制在最小