不同隧道埋深对地层变形的影响研究

文章编号：1009-6825 (2018) 03-0157-02

SHANXI ARCHITECTURE

山 西建筑

Vol.44No.3

Jan. 2018

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不同隧道埋深对地层变形的影响研究

邵葳于宏福

(北京城建设计发展集团股份有限公司沈阳分公司，辽宁沈阳110086)

摘要：以哈尔滨地铁某区间隧道为工程背景，采用Midas-NX建立三维有限元模型，研究不同隧道埋深对地层变形的影响。指出 随着隧道埋深的增大，双隧道开挖引起的土层变形也随之增大，主要是由于双隧道开挖将引起更大面积的土体扰动，难以形成上 覆土拱效应。上覆土压力随隧道埋深的增加而增大,进而造成地表沉降的增大。

关键词:地铁隧道,Midas,地层变形，数值模拟，隧道埋深中图分类号:11452.11

文献标识码:A

考虑到隧道开挖时对四周的影响范围，有限元模型的水平尺

寸取4倍的开挖宽度，竖向长度取隧道底部向下3倍的洞径。有 限元模型的尺寸为72 m x 35 m X 30 m。

有限元模型的左右两侧仅施加法向约束，底面施加水平和竖 向的约束，上表面定义为自由边界，土体材料采用修正的摩尔一 库仑。有限元模型见图1。

Max:2.45e-004

DISPLACEMENT

+9.496 63e-003 I耪 H+7.968 88e-003 \\-^ +6.441 13e-003

44.913 38e-003 +3.385 63e-003 +1.857 88e-003 2.思+3.301 25e-004 幾％-1.197 63e-003 於艺-2.725 38e-003

-4.253 13e-003 -5-780 88e-003 證.-7.308 63e-003 °-4% -8.836 39e-003

'•隧道埤深3 m 土体竖向丨、'/移

1概述

随着当今社会的快速发展，给各大城市的交通造成了极大负

担，为了减缓交通拥堵的难题，地铁顺应时代的潮流应运而生。 然而，地铁隧道多用于暗挖施工，势必给地面变形造成影响，其中 隧道的埋深是隧道开挖引起地表沉降的重要因素之一[1’2]。因 此，针对不同土层的不同隧道埋深下，研究隧道开挖对地表沉降 的影响尤为重要，对工程事故的预防意义重大。

针对不同隧道埋深，很多学者已经进行了大量研究。李晓娇

等[3]通过FLAC3D对粉质粉砂、黏土等土层的隧道开挖进行了数 值模拟，研究不同地层中地表沉降随埋深的变化规律以及不同土 层中同一埋深下地表沉降槽曲线的变化规律。胡学兵等[4]对不 同跨度和埋深的隧道施工进行数值分析，探讨了不同埋深和跨度 对隧道结构稳定性的影响，并提出了隧道深埋和浅埋的判断标 准。李倩倩等[5]通过现场实测和数值软件,基于北京地铁某区间 隧道开挖后，对不同埋深下的地层变形、地层应力以及塑性区分 布等方面进行研究。马险峰等[6]利用离心模型试验对盾构隧道 的地层损失进行分析，研究地层损失与施工期及工后地表沉降的 关系。毛峰等[7]采用数值软件，分析隧道不同埋深时，地表处的 土侧压力系数和围岩变形的规律。

但对于不同隧道埋深开挖引起的地表变形研究较少,本文以 某地铁区间隧道为依托，采用有限元Midas-NX建立三维模型，研 究不同覆土厚度对地层变形的影响研究，为后续的施工提供 依据。

.CEMENT

+1.071 13e-002

07e-003 83e-003 4.470 60e-003 •2.390 36e-003 •3.101 23e-004 -1.770 lle-003 -3.850 35e-003 •930 59e-003 .010 83e-003 lle-002 1.217 13e-002 -1.425 15e-002

㈧隧讵埋深6 m土休竖㈦位移

l)N>l \\CEMENT

-1.307 63e-002 爨).8_+9.637 41e-003

+6.198 50e-003 ^^•+2.759 59e-003 严'曼6.793 lle-004 [-•|24-6%^4.118 22e-003

2数值模型的建立

隧道的支护结构选取弹性材料，初期支护采用板单元模拟，

|?：9%_7557 12e-〇〇3

2.1单元类型及材料参数

二衬结构采用修改单元属性的计算模块，通过设定特有边界修改 单元属性。锁脚锚杆选用圆形截面的植人式桁架单元进行模拟， 并且按照设计注浆锚杆进行轴向刚度等效。2.2计算模型

|8a.%_L〇99 6〇e-002

―舰一 1.443 49e-002 p腹 1.787 38e-002U|10,7%_2.131 |〇7%-27e-002

fc%..

C;隧逍埋深12 ,土体竖向位移

篇(U%'_-2.819 06e-002

l)ISI>l,ACEMENT

+1.267 47e-002 +8.916 10e-003 +5.157 46e-003 +1.398 82e-003 ’-2.359 81e-003 -6.118 45e-003 -9.877 09e-003 -1.363 57e-002 -1.739 44«-002

17e-002

■ U.UVc_2 U5 3〇e_〇〇2

• 5.5%_2A9l i6e-〇〇2

1 !-5%-2.867 03e-002 •1% -3.242 89e-002

d)隧道埋深24 m 土体竖向位移

图2双线隧道总位移云图

图1有限元模型

3结果分析

收稿日期=2017-11-17

作者简介:邵葳（1976-)，女,高级工程师；于宏福（1990-)，男，硕士，工程师

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第44卷第3期

2018 年1 月

SHANXI ARCHITECTURE

山 西建筑

Vol. 44 No. 3

Jan. 2018

文章编号：1009-6825 (2018) 03-0158-03

高速铁路桥梁连续梁工程施工技术

史晓勇

(山西铁路工程建设监理有限公司，山西太原030027)

摘要:对高速铁路桥梁连续梁工程的特点以及施工方面的要求进行了分析，在此基础上，从连续梁工程环节中的挂篮悬臂的施 工、混凝土的施工、合龙段的施工等方面着手，对当前的连续梁施工过程中技术、质量、安全方面的工程建设中的要求进行了探讨, 并进一步对施工技术进行了阐述。

关键词:高速铁路桥梁，连续梁工程，施工技术

中图分类号:U448.215

文献标识码

:A

〇引言

近年来，随着我国经济的不断发展，使得我国的交通公路、市 政、普铁、高铁等工程建设得到了飞速发展,2016年，我国的高铁 运营里程就已经达到了 2万km,在高速铁路发展的过程中，由于 地形、所处工程环境等条件限制，需要设计一些特殊孔跨桥梁工

SO-S 9-O-S 9-O-S

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程来保证高铁的发展要求，连续梁工程就是其中的一种，它作为高速铁路建设过程中难度比较大的关键工程，在高速铁路桥梁连续梁方面需要有效的施工技术支撑。

1高速铁路桥梁连续梁工程的要求

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SO-S 9-O-S

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SO-S 9-O-S 9-O-S SO-S 9-O-S 9-O-S

SO-S 9-C

1.1 性能方面的要求

>-S SO-S 9-O-S 9-O-S

为研究隧道埋深变化对地层变形的影响，共设计了 4种不同 的隧道埋深方案,分别取3 m,6 m, 12 m和24 m。以便得到在相 同隧道支护条件和土层条件的情况下，隧道在超浅埋、浅埋和深 埋条件下地层变形规律。

为排除不同隧道周边土层变化的影响，将隧道底部以上的土 层材料参数均统一为粉质黏土层。

双隧道开挖不同隧道埋深下地表的变形规律见图2。由图2 可知,当隧道埋深为3 m时,地表沉降的最大值为7. 4 mm,出现在 左线隧道的顶部上方位置，地表沉降曲线形态呈现较为显著的双 峰曲线。随着隧道埋深的增大，地表沉降的变形形态逐渐由双峰 形式转变为单峰形式。由此可见，隧道埋深越大，隧道间土体受 扰动越明显，隧道上方土体变形的叠加程度越显著。从图2可 知，随着隧道埋深逐渐增加，隧道上方的地表沉降值也随之增加。 分析主要原因为:1)由于模型中采用土层参数为粉质黏土的力学 参数，土质较为松软，隧道顶部不易形成压力拱;2)双隧道开挖相 对于单个隧道而言，开挖扰动区域较大，这就造成了被扰动区域 内的土体不易产生压力拱的自稳结构，上覆土压力随着埋深增大 而增大，造成隧道变形增加。

地表沉降实际是由隧道开挖后,拱顶沉降变形传递到地表而 弓丨起的，而地层变形传播率(地表沉降/拱顶沉降)是反映地层变形 传递规律的主要指标。可以发现随着隧道埋置深度的增加，地层变 形传播率逐步减小，隧道开挖的影响向地表传播的程度越来越小。

4结语

论文采用Midas-N

X

建立三维有限元模型，研究不同埋深和

厚度对地层变形的影响，得出随着隧道埋深的增大，双隧道开挖引起的土层变形也随之增大，主要是由于双隧道开挖将引起更大面积的土体扰动，难以形成上覆土拱效应，上覆土压力随隧道埋深的增加而增大，进而造成地表沉降的增大。参考文献：

[1] 韩健勇，赵文，关永平，等.地铁车站洞桩法开挖变形规律

分析[].应用力学学报,2〇15,32(4):623-629.

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[2] 晏莉.盾构法双管隧道施工引起的地表沉降预测及特征

分析[].隧道建设,2015 ,35 (5) :419-427.[3]

李晓娇，欧阳煜.不同土质中隧道埋深对地表沉降的影响 [] •佳木斯大学学报（自然科学版），2〇15,33(2) :2〇2_2〇6.[4] 胡学兵，乔玉英.埋深和跨度对隧道结构稳定性影响的数值

模拟研究[].公路隧道,2005(2):5-9.

[5] 李倩倩，张顶立，张成平，等.不同埋深下暗挖隧道施工的地

层响应[].北京交通大学学报,2013 ,37(1) :27-33.

[6] 马险峰，王俊淞,李削云，等.盾构隧道引起地层损失和地表

沉降的离心模型试验研究[] •岩土工程学报,2012,34(5): 942-947.

[7] 毛峰.黄土隧道深浅埋分界方法研究[].西安：西安理

工大学,2007.

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Shao Wei Yu Hongfu

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co. , Ltdf Shenyang Branchf Shenyang 110086, China)Abstract ： Based on the project of a tunnel in Harbin subway, Midas-NX was adopted to establish the three-dimensional finite element model to study the influence of the different tunnel depth on soil deformation. With the increase of the buried depth of the tunnel, the deformation of the soil layer caused by the excavation of the double tunnel also increases. It is because the double tunnel excavation caused soil disturbance of larger area, which leads it is difficult to form the overlying soil arch effect. With the increase of the buried depth of the tunnel, the overlying earth pres­sure increases, and causes the increase of ground settlement.Key words： subway tunnel, Midas, soil deformation, numerical simulation, tunnel depth

收稿日期=2017-11-13

作者简介:史晓勇（1974-),男，工程师

Study on the effect different tunnel depth on soil deformation