基于ANSYS的地鐵車站對既有隧道的影響分析

楊堃

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，地鐵隧道的立面交叉越來越復(fù)雜，本論文從地鐵車站對既有隧道的影響設(shè)計(jì)入手，詳細(xì)分析了地鐵車站施工對既有軌道交通隧道開挖位移分布模式受車站開挖變化規(guī)律、獲得下穿隧道對既有隧道施工過程影響。

【關(guān)鍵詞】地鐵，交叉，施工過程影響

1. 引言

隨著我國城市快速發(fā)展，城市隧道與地下空間的開發(fā)建設(shè)也進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的階段。地鐵日漸成為解決交通擁堵的主要手段，在地鐵高速發(fā)展的過程中，就不可避免的出現(xiàn)了交叉問題，鐵建設(shè)中備受關(guān)注的是施工對城市環(huán)境的影響，即考慮鄰近既有建筑及道路交通等的正常使用，因此，準(zhǔn)確預(yù)測及現(xiàn)場實(shí)測反饋施工引起的地層變形及其影響范圍對施工安全和設(shè)計(jì)就顯得十分重要[1-5]。本文在全面分析設(shè)計(jì)資料和地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ANSYS軟件計(jì)算，地鐵車站施工對既有軌道交通隧道開挖位移分布模式受車站開挖變化規(guī)律、獲得下穿隧道對既有隧道施工過程影響，對以后類似的工程提供借鑒和參考。

2. 項(xiàng)目概況

本工程為地鐵工程 ，位于某市火車站廣場，在既有一號線車站下方和既有火車站廣場地下廣場下方。軌道交通3號線、10號線、環(huán)線匯集于此。

圖2.1.1 擬建地鐵站平面布置總圖

圖2.1.1為擬建地鐵車站平面布置總圖。其中，該地鐵車站環(huán)線方向長231.8m，為15m島式站臺車站，需下穿3號線既有車站。根據(jù)施工方法及使用功能的不同分為3個(gè)區(qū)段（分區(qū)詳見圖2.1.2擬建結(jié)構(gòu)分區(qū)示意圖），A區(qū)位于既有市政道路下方，采用明挖法施工，地下五層箱型框架結(jié)構(gòu)，斷面凈高29.91m，凈寬23.1m；B區(qū)位于3號線地鐵車站下方，采用淺埋暗挖法施工，地下兩層箱型框架結(jié)構(gòu)，斷面凈高14.61m，凈寬22.1m；C區(qū)主體結(jié)構(gòu)位于火車站廣場既有地下廣場下方，采用明挖法施工，地下三層箱型框架結(jié)構(gòu)，斷面凈高24.39m，凈寬58.75m。

圖2.1.2 擬建某站結(jié)構(gòu)分區(qū)示意圖

1.2 地鐵3號線火車站概況

地鐵3號線火車站站，位于火車站廣場西側(cè)。車站為側(cè)式站臺、跨座式單軌車站，車站主體總長度207m，寬度38.4m，采用地下兩層箱型框架結(jié)構(gòu)，頂標(biāo)高254.12，底標(biāo)高240.52，覆土1.5m，采用明挖法施工，已開通運(yùn)營。

3.1 計(jì)算模型

計(jì)算采用ANSYS有限元分析軟件。模型尺寸長×寬×高=150m×80m×70m，底部固定，兩側(cè)約束水平位移。

圖3.1.1 有限元計(jì)算模型

3.2 計(jì)算步序

（1）初始地應(yīng)力

（2）A區(qū)基坑開挖

（3）B區(qū)下穿結(jié)構(gòu)柱施工及巖體開挖

（4）C區(qū)及A區(qū)保留巖體開挖。

3.3 計(jì)算結(jié)果

3.3.1 A區(qū)基坑開挖

圖3.3.1 A區(qū)開挖引起的三號線豎向和水平位移云圖（單位 m）

圖3.3.2 A區(qū)基坑開挖引起的地層豎向和水平位移云圖（單位 m）

3.3.2 B區(qū)十號線結(jié)構(gòu)施工及巖體開挖

圖3.3.3 B區(qū)基坑開挖引起的三號線豎向和水平位移云圖（單位 m）

圖3.3.4 B區(qū)基坑開挖引起的三號線豎向和水平位移云圖（單位 m）

3.3.3 C區(qū)基坑開挖及A區(qū)剩余巖體開挖

圖3.3.5 C區(qū)基坑開挖引起的三號線豎向和水平位移云圖（單位 m）

圖3.3.6 C區(qū)基坑開挖引起的三號線豎向位移云圖（單位 m）

6.3.4 計(jì)算結(jié)果小結(jié)

（1）十號線基坑及下穿三號線巖體開挖卸載引起三號線火車站站產(chǎn)生一定上浮，最大變形量為7.6mm，引起的三號線火車站站最大水平位移2.9mm。

（2）三號線線路縱向不均勻變形約1/8000，滿足不大于1/5000的控制標(biāo)準(zhǔn)；

（3）通過提取計(jì)算結(jié)果，三號線左右線位移高差約3.4mm，滿足4mm的控制標(biāo)

參考文獻(xiàn)

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2. E.Soliman.H.Duddeck.H.Ahrens Two-and three-dimensional analysis of closely spaced double-tubetunnels 1993（01）

3. Imaki，J Execution of large cross section tunnel by NATM in sandy soil with small coner 1984

4. Whiteman R V Enaluating calculated risk in geotechnical engineering 1984

5. 黃俊 地鐵重疊隧道上覆地層變形的數(shù)值模擬[期刊論文]-巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2005