地铁区间大断面开挖对地面及临近管线的影响分析与施工方法优化
|
摘要
北京地铁十四号线东管头站至丽泽商务区站区间隧道具有大断面、近距离双洞等特点,如何在施工过程中能随时监测控制地表及邻近管线的沉降,最大限度的减少隧道开挖对地表沉降的影响,本文结合实际工程利用FLAC软件进行数值模拟计算,进行的研究与得到的结果如下：
(1)对两条不同断面隧道开挖,模拟计算不同顺序开挖,分析其对地表位移的影响,得出如果对两条隧道间土体进行注浆加固,先开挖大断面隧道再开挖小断面隧道时,开挖小断面隧道对地表沉降的影响相对较小；如果先开挖小断面隧道再开挖大断面隧道时,地表最终最大位移值将有效减少,而且有利用工程施工进度安排。
(2)对隧道施工中拆除临时支撑,修筑二次衬砌的不同距离进行模拟计算,得出这个阶段施工距离不宜过长,应根据实际工程对沉降的控制要求选择适当的施工距离,以便减少对地表沉降的影响。
(3)结合实际工程中对地表及邻近管线的量测结果与模拟计算结果进行统计计算,选取适当的参数,得出了符合本工程的地表与邻近管线沉降之间的经验公式。
(4)针对双侧壁导洞法施工中,单个导洞开挖距离对地表沉降影响的特点,利用加权组合法对不同开挖距离进行最优化分析计算,得出对地表沉降影响最小的最优解,为实际工程提供参考。
本文研究成果对在建的地铁十四号线东丽区间隧道施工有较大的工程指导意义,也为同类工程提供参考意见。
The range, from Dong Guan station to li Ze business station of Beijing subway line14, has large section and two parallel lines exist in this district. In order to monitor and control the subsidence of surface and adjacent pipeline, meanwhile reduce the influence with the surface subsidence utmostly in the process of construction at any time, this thesis utilize the software-FLAC to conduct numerical simulation simulate combined with the actual engineering. The results of the study are showed as follows:
(1)The effects to surface subsidence have been analyzed through analog computation with two parallel tunnels, which have different sections and are excavated at different time. The results are showed as bellow: if the soils between the two tunnels are strengthened in the process of construction, tunnels with large section are firstly excavated, the influence to the surface subsidence get smaller when tunnels with small section are excavated followingly. If tunnels with smaller section are excavated firstly, the final value of surface subsidence gets smaller effectively and this scheme is beneficial to arrange construction progress.
(2)The distance in tunnel construction to dismantle temporary support and build the secondary lining have been conducted numerical computation, the studies show that the distance should not be too long, shortening the construction distance properly according to actual situation can decrease the influence to surface subsidence in large degree.
(3)Combined with actual engineering, modified empirical formula between surface and adjacent pipeline subsidence have been proposed to adapt this engineering through comparison with measurement data and computational results
(4)Targeted at the characteristics of one single pilot excavation distance to the surface subsidence in double benching method in construction, the weighted method have been used make optimized calculation to different1excavation distance, we get the optimal solution of surface subsidence, providing a reference to practical engineering.
The research results of this thesis are instructive to Dong li district of Beijing subway line14and provide a reference for the similar project opinion.
(1)对两条不同断面隧道开挖,模拟计算不同顺序开挖,分析其对地表位移的影响,得出如果对两条隧道间土体进行注浆加固,先开挖大断面隧道再开挖小断面隧道时,开挖小断面隧道对地表沉降的影响相对较小；如果先开挖小断面隧道再开挖大断面隧道时,地表最终最大位移值将有效减少,而且有利用工程施工进度安排。
(2)对隧道施工中拆除临时支撑,修筑二次衬砌的不同距离进行模拟计算,得出这个阶段施工距离不宜过长,应根据实际工程对沉降的控制要求选择适当的施工距离,以便减少对地表沉降的影响。
(3)结合实际工程中对地表及邻近管线的量测结果与模拟计算结果进行统计计算,选取适当的参数,得出了符合本工程的地表与邻近管线沉降之间的经验公式。
(4)针对双侧壁导洞法施工中,单个导洞开挖距离对地表沉降影响的特点,利用加权组合法对不同开挖距离进行最优化分析计算,得出对地表沉降影响最小的最优解,为实际工程提供参考。
本文研究成果对在建的地铁十四号线东丽区间隧道施工有较大的工程指导意义,也为同类工程提供参考意见。
The range, from Dong Guan station to li Ze business station of Beijing subway line14, has large section and two parallel lines exist in this district. In order to monitor and control the subsidence of surface and adjacent pipeline, meanwhile reduce the influence with the surface subsidence utmostly in the process of construction at any time, this thesis utilize the software-FLAC to conduct numerical simulation simulate combined with the actual engineering. The results of the study are showed as follows:
(1)The effects to surface subsidence have been analyzed through analog computation with two parallel tunnels, which have different sections and are excavated at different time. The results are showed as bellow: if the soils between the two tunnels are strengthened in the process of construction, tunnels with large section are firstly excavated, the influence to the surface subsidence get smaller when tunnels with small section are excavated followingly. If tunnels with smaller section are excavated firstly, the final value of surface subsidence gets smaller effectively and this scheme is beneficial to arrange construction progress.
(2)The distance in tunnel construction to dismantle temporary support and build the secondary lining have been conducted numerical computation, the studies show that the distance should not be too long, shortening the construction distance properly according to actual situation can decrease the influence to surface subsidence in large degree.
(3)Combined with actual engineering, modified empirical formula between surface and adjacent pipeline subsidence have been proposed to adapt this engineering through comparison with measurement data and computational results
(4)Targeted at the characteristics of one single pilot excavation distance to the surface subsidence in double benching method in construction, the weighted method have been used make optimized calculation to different1excavation distance, we get the optimal solution of surface subsidence, providing a reference to practical engineering.
The research results of this thesis are instructive to Dong li district of Beijing subway line14and provide a reference for the similar project opinion.
引文
[1]王霆.地铁浅埋暗挖法施工对邻近管线的影响与控制[博士学位论文][D].北京：北京交通大学.2008：2-3.
[2]Peck R B.Deep excavation and tunneling in soft ground. Proceedings 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering,state of the art volume.Mexico, 1969:225-290.
[3]刘庆舒.离心模型试验研究隧道开挖引起的地表固结沉降[D].成都：西南交通大学.2003：1.
[4]魏纲,吴华君,陆春来.项管施工中土体损失引起的沉降预测[J].岩土力学.2007,28(2)：350-363.
[5]姜智平.地铁隧道开挖引起地层沉降的经验理论法预测及邻近立交桥上部异彤板构件抗沉降特征分析[D].北京：北京交通大学,2006：1-16.
[6]姬永红.隧道施工引起横向地层沉降的随机预测[J].岩土工程技术.2004,18(1)：16-18,34.
[7]高伟.大断面浅埋暗挖车站隧道施工方案比选及对邻近构筑物的影响[硕士学位论文][D].北京.北京交通大学.2009：4-5.
[8]刘军,李兆平.大断面浅埋暗挖地铁隧道施工引起的地面沉降规律分析研究.中国城市地下空间开发高峰论坛论文集[C].北京.2007：334-337.
[9]李飞.城市地铁大断面软土层浅埋隧道施工技术研究[硕士学位论文][D].天津：天津大学.2006.
[10]刘波,叶圣国,陶龙光,唐孟雄.地铁盾构施工引起邻近基础沉降的FLAC元数值模拟[J].煤炭科学技术.2002,30(10)：9-11.
[11]王霆,罗富荣,刘维宁,李兴高.地铁车站洞桩法施工引起的邻近管线沉降规律研究[J].隧道建设.2011,31(2)：192.
[12]刘维宁.北京地铁复八线天安门西车站暗挖施工对地层沉降以及管线变形的影响[J].土木工程学报.2000,33(4)：47-50.
[13]吴波,高波.地铁区间隧道施工对近邻管线影响的三维数值模拟[J].岩石力学与工程学报,2002(2)：2451-2456.
[14]关宝树.隧道力学概论[M].成都.西南交通大学出版社.1993：1-2.
[15]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社,2010：26.
[16]吴波.复杂条件下城市地铁隧道旌工地表沉降研究[博士学位论文][D].成都：西南交通大学.2003：18,23,35.
[17]徐恒国.大断面隧道浅埋暗挖法施工地层变形规律及过程控制技术[硕士学位论文][D].北京.2007.
[18]贺少辉.地下工程[M].北京：北京交通大学出版社,2006：194-195.
[19]朱维申,何满潮.复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工力学[M].北京：科学出版社,1995.
[20]王暖掌.城市地铁复杂洞群浅埋暗挖法的有限元模拟[J].岩土力学.2001,22(4).
[21]陈枫.隧道开挖引起地表沉降的解析研究[D].上海：同济大学.2004：1-47.
[22]吴波,刘维宁,高波,索晓明,史玉新.地铁分岔隧道施工性态的三维数值模拟与分析[J].岩石力学与工程学报.2004,23(18)：3081-3086.
[23]贺长俊,蒋中庸,刘昌用,邹彪.浅埋暗挖法隧道施工技术的发展[J].市政技术.2009,3：274-279.
[24]姜忻良,赵志民,李园.隧道开挖引起土层沉降槽曲线形态的分析与计算[J].岩土力学.2004,25(10)：1542-1544.
[25]陈军,刘波,陶龙光.暗挖地铁车站引起地表沉降拟合分析与Peck法比较研究[J].岩土工程技术.2005,19(1)：1.4.
[26]施仲衡,张弥.地下铁道设计与施工[M].西安：陕西科学技术出版社,1997.
[27]刘大刚,陶德敬,王明年.地铁双隧道施工引起地表沉降及变形的随机预测方法[J].岩土力学.2008,29(12)：3422-3426.
[28]刘波,陶龙光.地铁隧道施工引起地层变形的反分析预测系统研究[J].中国矿业大学学报.2004,33(3)：277-282.
[29]阳军生,刘宝深著.城市隧道施工引起的地表移动及变形[M].北京：中国铁道出版社,2002.
[30]曾小清,孙钧,曹志远.隧道工程施工过程中的力学分析[J].同济大学学报.1998,26(5)：512-515.
[31]段光杰.地铁隧道施工扰动对地表沉降和管线变形的影响的理论和方法研究[博士学位论文][D].北京：中国地质大学.2002.
[32]卢廷浩.岩土数值分析[M].北京：中国水利水电出版社,2008：27-84.
[33]王明年,路军富,刘大刚,张建国.大断面海底隧道CRD法绝对位移控制基准建立及应用研究[J].岩土力学.2010,31(10)：3354-3360.
[34]刘宝琛,张家生.近地表开挖引起的地表沉降的随机介质方法[J].岩石力学与工程学报.1995,14(4)：289-296.
[35]刘波,陶龙光.地铁双隧道施工诱发地表沉降预测研究与应用[J].中国矿业大学学报.2006,35(3)：356-361.
[36]李鹏举,于洋.地铁隧道施工引起地表横向沉降预测方法[J].市政技术.2010,28(4)：104-106.
[37]吴张中,李丽平,陈少华.地铁隧道盾构施工地表沉降的预测分析[J].路基工程.2007(4)：46-48.
[38]于宁,朱合华.盾构施下仿真及其相邻影响的数值分析[J].岩土力学.2004,25(2)：292-296.
[39]胡元芳.小线间距城市双线隧道围岩稳定性分析[J].岩石力学与工程学报.2002,21(9)：1335-1338.
[40]齐震明,李鹏飞.地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降的控制标准[J].北京交通大学学报.2010,34(3)：117-121.
[41]杨永波,刘明贵,张国华,李祺.邻近既有隧道的新建大断面隧道施工参数优化分析[J].岩土力学.2010,31(4)：1217-1226.
[42]朱以文.地应力对地下洞室开挖的塑性区影响研究.岩石力学与土程学报.2004.23(8).1344-1348
[43]段亚刚.地下大型储备库洞室断面形状优化及合理间距研究[硕士学位论文][D].北京：北京交通大学.2007.
[44]卢险峰.优化设计导引[M].北京：化学工业出版社,2010.
[2]Peck R B.Deep excavation and tunneling in soft ground. Proceedings 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering,state of the art volume.Mexico, 1969:225-290.
[3]刘庆舒.离心模型试验研究隧道开挖引起的地表固结沉降[D].成都：西南交通大学.2003：1.
[4]魏纲,吴华君,陆春来.项管施工中土体损失引起的沉降预测[J].岩土力学.2007,28(2)：350-363.
[5]姜智平.地铁隧道开挖引起地层沉降的经验理论法预测及邻近立交桥上部异彤板构件抗沉降特征分析[D].北京：北京交通大学,2006：1-16.
[6]姬永红.隧道施工引起横向地层沉降的随机预测[J].岩土工程技术.2004,18(1)：16-18,34.
[7]高伟.大断面浅埋暗挖车站隧道施工方案比选及对邻近构筑物的影响[硕士学位论文][D].北京.北京交通大学.2009：4-5.
[8]刘军,李兆平.大断面浅埋暗挖地铁隧道施工引起的地面沉降规律分析研究.中国城市地下空间开发高峰论坛论文集[C].北京.2007：334-337.
[9]李飞.城市地铁大断面软土层浅埋隧道施工技术研究[硕士学位论文][D].天津：天津大学.2006.
[10]刘波,叶圣国,陶龙光,唐孟雄.地铁盾构施工引起邻近基础沉降的FLAC元数值模拟[J].煤炭科学技术.2002,30(10)：9-11.
[11]王霆,罗富荣,刘维宁,李兴高.地铁车站洞桩法施工引起的邻近管线沉降规律研究[J].隧道建设.2011,31(2)：192.
[12]刘维宁.北京地铁复八线天安门西车站暗挖施工对地层沉降以及管线变形的影响[J].土木工程学报.2000,33(4)：47-50.
[13]吴波,高波.地铁区间隧道施工对近邻管线影响的三维数值模拟[J].岩石力学与工程学报,2002(2)：2451-2456.
[14]关宝树.隧道力学概论[M].成都.西南交通大学出版社.1993：1-2.
[15]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：人民交通出版社,2010：26.
[16]吴波.复杂条件下城市地铁隧道旌工地表沉降研究[博士学位论文][D].成都：西南交通大学.2003：18,23,35.
[17]徐恒国.大断面隧道浅埋暗挖法施工地层变形规律及过程控制技术[硕士学位论文][D].北京.2007.
[18]贺少辉.地下工程[M].北京：北京交通大学出版社,2006：194-195.
[19]朱维申,何满潮.复杂条件下围岩稳定性与岩体动态施工力学[M].北京：科学出版社,1995.
[20]王暖掌.城市地铁复杂洞群浅埋暗挖法的有限元模拟[J].岩土力学.2001,22(4).
[21]陈枫.隧道开挖引起地表沉降的解析研究[D].上海：同济大学.2004：1-47.
[22]吴波,刘维宁,高波,索晓明,史玉新.地铁分岔隧道施工性态的三维数值模拟与分析[J].岩石力学与工程学报.2004,23(18)：3081-3086.
[23]贺长俊,蒋中庸,刘昌用,邹彪.浅埋暗挖法隧道施工技术的发展[J].市政技术.2009,3：274-279.
[24]姜忻良,赵志民,李园.隧道开挖引起土层沉降槽曲线形态的分析与计算[J].岩土力学.2004,25(10)：1542-1544.
[25]陈军,刘波,陶龙光.暗挖地铁车站引起地表沉降拟合分析与Peck法比较研究[J].岩土工程技术.2005,19(1)：1.4.
[26]施仲衡,张弥.地下铁道设计与施工[M].西安：陕西科学技术出版社,1997.
[27]刘大刚,陶德敬,王明年.地铁双隧道施工引起地表沉降及变形的随机预测方法[J].岩土力学.2008,29(12)：3422-3426.
[28]刘波,陶龙光.地铁隧道施工引起地层变形的反分析预测系统研究[J].中国矿业大学学报.2004,33(3)：277-282.
[29]阳军生,刘宝深著.城市隧道施工引起的地表移动及变形[M].北京：中国铁道出版社,2002.
[30]曾小清,孙钧,曹志远.隧道工程施工过程中的力学分析[J].同济大学学报.1998,26(5)：512-515.
[31]段光杰.地铁隧道施工扰动对地表沉降和管线变形的影响的理论和方法研究[博士学位论文][D].北京：中国地质大学.2002.
[32]卢廷浩.岩土数值分析[M].北京：中国水利水电出版社,2008：27-84.
[33]王明年,路军富,刘大刚,张建国.大断面海底隧道CRD法绝对位移控制基准建立及应用研究[J].岩土力学.2010,31(10)：3354-3360.
[34]刘宝琛,张家生.近地表开挖引起的地表沉降的随机介质方法[J].岩石力学与工程学报.1995,14(4)：289-296.
[35]刘波,陶龙光.地铁双隧道施工诱发地表沉降预测研究与应用[J].中国矿业大学学报.2006,35(3)：356-361.
[36]李鹏举,于洋.地铁隧道施工引起地表横向沉降预测方法[J].市政技术.2010,28(4)：104-106.
[37]吴张中,李丽平,陈少华.地铁隧道盾构施工地表沉降的预测分析[J].路基工程.2007(4)：46-48.
[38]于宁,朱合华.盾构施下仿真及其相邻影响的数值分析[J].岩土力学.2004,25(2)：292-296.
[39]胡元芳.小线间距城市双线隧道围岩稳定性分析[J].岩石力学与工程学报.2002,21(9)：1335-1338.
[40]齐震明,李鹏飞.地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降的控制标准[J].北京交通大学学报.2010,34(3)：117-121.
[41]杨永波,刘明贵,张国华,李祺.邻近既有隧道的新建大断面隧道施工参数优化分析[J].岩土力学.2010,31(4)：1217-1226.
[42]朱以文.地应力对地下洞室开挖的塑性区影响研究.岩石力学与土程学报.2004.23(8).1344-1348
[43]段亚刚.地下大型储备库洞室断面形状优化及合理间距研究[硕士学位论文][D].北京：北京交通大学.2007.
[44]卢险峰.优化设计导引[M].北京：化学工业出版社,2010.