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第43卷第17期
2 0 1 7 年 6 月
SHANXI ARCHITECTURE
山西建筑
Vol. 43 No. 17Jun. 2017
文章编号：1009-6825 (2017) 17-0150-02
地铁区间平行隧道开挖面距离对地表沉降影响研究
魏周斌
(兰州市轨道交通有限公司，甘肃兰州730000)
摘要：以兰州地铁区间隧道为工程背景，用GTS-NX软件对施工过程进行数值模拟，分析了双孔平行隧道开挖对地表沉降的影 响。结果表明:纵向监测点竖向位移分为四个变化阶段，左洞超前右洞15 m时,横向监测点竖向位移分布不是沿两隧道中线呈对 称分布，对施工中如何去控制地表沉降具有参考意义。关键词:双孔平行隧道，开挖面距离，地表沉降,应力场中图分类号:U451
1
概述
随着我国城市建设的不断推进，地面交通基本趋于饱和，城
市轨道交通得到了大力发展。在地铁建设过程中，区间平行隧道 施工会扰动地层,引起复杂的地表沉降。先行隧道开挖会引起后 开挖隧道地质条件的改变，使得沉降曲线不对称;而后掘进隧道 会FLAC3D对先行隧道产生扰动[1'2]。赵菁菁等[3]利用有限元软件 数值模拟地铁近距离隧道暗挖施工过程中所导致的地表 沉降，而且研究了地表沉降值随着施工工序的不同呈现不同的变 化规律;吴华君等[4]研究得出地铁近接隧道在盾构法施工过程中 引起的地表沉降与正态分布规律相类似;夏志强[5]通过有限元软 件ANSYS数值模拟了地铁中多条平行隧道施工所引起的地表沉 降规律，分析得到在平行隧道施工中，后行洞受先行开挖隧道的 影响较大。
本文通过有限元软件GTS-NX建立兰州地铁暗挖区间双孔平 行隧道开挖数值模型，分析两隧道在开挖过程中引起地表纵向和 2
横向的沉降规律。
工程背景
兰州地铁1号线一期工程15工区位于兰州市城关区范家湾 村东岗东路，从兰州东岗小区到酒钢宏顺物流公司，由西向东即 拱星墩至焦家湾区间836.92 m、焦家湾站506. 52 m、东岗车辆段 出人线 232.76 m,全长 1 576.2 m。
区间隧道主体结构台阶法施工,对于区间单线标准断面采用 台阶法施工，主要施工工序为：
利用小导管在隧道拱部注浆—开挖上台阶环部断面、留核心 土-施作初期支护-开挖下台阶—施作初支并闭合成环—待初 3支收敛后施作二衬。
3.1 区间平行隧道施工的数值模拟
计算参数的确定
初始地应力场只考虑土体自重产生的自重应力[5]，根据 材料力学里的假定原则，假定所选土体均为均质、连续、各向 同性，围岩及混凝土均不考虑体积膨胀。围岩采用实体单元 模拟，初期支护采用板单元模拟并且初期支护只考虑超前支 护加固区及拱架和喷射混凝土的共同作用，二次衬砲采用板 单元模拟。利用软件里的激活和钝化功能来模拟隧道的开挖 和衬砌的施作。
3.2土体参数见表1，表2。
模型的建立
收稿日期:2017-04-03作者简介:魏周斌（1981-),男，工程师
A
表
1
土层的物理力学指标
土层名称kN重度m3
7
粘聚kPa
力
C
内摩擦角
/4>/{°)
泊松比^弹性模量
£/MPa
①素填土13.8
1012
0.39100
②黄土状土17.7520
18.380.29
83.4③砂岩及卵石
21.55
12.48
34.02
0.22
253.5
表2支护材料参数
名称
kN重度7弹性模量
/m3
E/GPa
泊松比V粘聚MPa
力
C
内摩擦角
C25喷射混凝土
2323
0.25——锚杆78210
0.3——钢拱架
78
206
0.3
—
—
本模型的计算采用有限元软件GTS-NX进行施工数值模拟， 讨论在不同工况下地表沉降规律。
根据实际的工程概况建立数值计算模型，模型的本构关系采
用Mohr-Coulomb本构模型[6]。根据弹性力学相关知识浅埋隧道 可以看做是半无限体，有限单元法是在有限的区域内进行，隧道 开挖过程中只对一定范围内的应力场和位移场有明显的影响。 根据圣维南原理，计算模型考虑某范围内土体性状，计算模型横 断面尺寸40 m X 80 m,纵向取70 m,上边界取至地表，地表到下边 界距离取为50 m，隧道埋深为9. 5 m。地表设置为自由边界，底面 采用竖向约束，左右、前后面均采用法向约束。坐标轴竖向定义 为Z轴，沿隧道轴线方向定义为7轴，水平方向定义为Z轴，计算 模型如图1所示，将网格节点作为特征监测点，数值分析特征监 测点本意图见图2。
3.3图
1
计算模型
模拟工况
利用GTS-NX软件模拟平行隧道台阶法施工过程，模拟了左
4
洞先行，超前右洞15 m,如图3所示。
数值模拟结果
文献标识码:第43卷第17期2 0 1 7年6月
魏周斌:地铁区间平行隧道开挖面距离对地表沉降影响研究
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4.1 云图分析 分四个先行沉降、急剧沉降、沉降稳定、长期缓慢沉降四个变化阶
从图4可以看出，隧道拱顶沉降，底部隆起，后开挖隧道的沉段，但是从横向监测点竖向位移分布来看，不再是沿隧道中线呈 降、隆起范围和数值明显大于先行开挖的隧道。左洞开挖扰动地对称分布，而是随后行洞的开挖沉降范围偏向右侧，并且数值在 层，围岩应力场重新分布。
增大。
-0.005 '
0.010
-
0.000 r
ra o raco w On 〇s On 卜On 卜On卜卜卜 卜
〇
寸
寸〇〇寸寸
节点号
蝱-0.020
归
遠-0.015
-0.025 -0.030
图
stepl +* step 10 step2 step 11 -*• step3 — step 12 step4 step 13 •« step5 stepl4 step6 step 15 step7 step 16 step8 step 17 * step9 step 18
车十
6
超前
15 m地表横向监测点位移
5结语1)
从三种工况的计算结果分析来看，纵向监测点变化规律
基本一致，随着开挖面距离监测点距离的变化，分四个变化过 程:先行沉降阶段、急剧沉降阶段、沉降稳定阶段、长期缓慢沉降 阶段。
2)
开挖示意图
图
3
先行洞超前后行洞15 m时，横向监测点竖向位移分布不
再是沿隧道中线呈对称分布，而是随后行洞的开挖沉降范围偏 向后行洞一侧，并且数值也在不断增大，且最大值达到了
32.41 nmi0
3)
两隧道开挖面距离的不同会导致地表沉降分布不同，最
大沉降值和沉降范围会偏向后开挖隧道一侧，这样会对后行洞 附近地面建筑物产生不利影响，施工中应合理控制平行隧道开 挖面距离。
图
4
竖向位移云图
参考文献：
[1] 韩煊，李宁.地铁隧道施工引起地层位移规律的讨论
4.2地表沉降规律分析
荷载步
[；[].岩土力学,2007,28(3):609-610.
*7655
+ 7694 t 7795 + 7857 —7919 . 8043 + 8105
图
[2] 姚爱军，管江，赵强，等.大间距双线地铁隧道矿山法施
工引发地表沉降规律[].地下空间与工程学报，2009,12
J
+ 7733
(4) ：34.
[3] 赵菁菁，宿文姬.深圳地铁近接隧道暗挖施工地表沉降控制
[J].隧道建设，2014,34(11) : 1055-1061.
[4] 吴华君，魏纲.近距离双线平行盾构施工引起的土体沉降
计算[].现代隧道技术，2014,51(2):63-69,75•
+ 7981
5
超前
15 m地表纵向监测点位移
J
从图5和图6可以看出，左洞先行超前右洞15 m的时候，沉 降槽宽度在不断增大，横向监测点的最大沉降值为34.22 mm。纵 向监测点变化规律基本一致，随着开挖面距离监测点距离的变化，
[5] 夏志强.城市地铁群洞隧道施工地表沉降研究[D].成都：
西南交通大学，2007.
[6] 刘永林.武汉地铁虎泉一名都区间隧道开挖引起的地表沉
降的研究[].武汉：中国地质大学，2011.
D
Wei Zhoubin
(Lanzhou City Rail Traffic Co. , Ltd, Lanzhou 130000 ^ China)Abstract： In this paper, the Lanzhou subway tunnel is used as the engineering background, and the GTS-NX software is used to simulate the construction process. The two-hole parallel tunnel is analyzed by using the GTS-NX software analyzes influence of excavation on surface subsidence, the results show that the vertical displacement of the longitudinal monitoring points is divided into four stages, when the left hole is advanced by 15 m, the vertical displacement distribution of the transverse monitoring point is not symmetrical along the middle line of the two tunnels. It has reference and guidance to how to control the surface settlement in the construction.Key words： double hole parallel tunnel, excavation surface distance, surface subsidence, stress field
Study on influence of excavation surface distance
on surface subsidence of parallel tunnel in subway