摘　要： 通過(guò)對(duì)深圳市地鐵5號(hào)線5307標(biāo)段怡-黃區(qū)間隧道復(fù)雜圍巖地段圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得到了鋼支撐、噴射混凝土等支護(hù)構(gòu)件的受力和圍巖位移收斂狀況，建立相應(yīng)的模型，進(jìn)行了有限元數(shù)值分析，并對(duì)測(cè)試與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。研究結(jié)果表明：在復(fù)雜圍巖地段，采用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控量測(cè)與有限元仿真模擬相結(jié)合的方法可為隧道襯砌設(shè)計(jì)和施工的安全可靠性提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。可為類似工程研究提供參考。

　　關(guān)鍵詞: 地鐵隧道;復(fù)雜圍巖;動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);有限元模擬

　　Abstract: based on the shenzhen metro line 5, 5307 satisfying-yellow tunnel section of complex area surrounding rocks and supporting system of surrounding rock of the field test, obtained the steel support, and shotcrete support components such as the stress and displacement convergence conditions and set up a corresponding model, a finite element numerical analysis, and to test and calculation results comparison analysis. The results of the study show that: in the complex area of surrounding rock, the in-situ dynamic monitoring measurement and finite element simulation method of combining the tunnel lining for the safety and reliability of the design and construction to provide the scientific basis and technical guidance. Can provide references for the similar projects.

　　Key words: the subway tunnel; Complex surrounding rock; Dynamic monitoring; Finite element simulation

　　中圖分類號(hào)：U456 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：

　　一 工程概況

　　深圳市地鐵5號(hào)線怡黃區(qū)間礦山法段施工橫通道位于1#豎井南側(cè)，從豎井南側(cè)井壁開(kāi)馬頭門后下穿新秀立交輔道和匝道，橫通道拱頂埋深約7.9m。在橫通道正上方與橫通道呈垂直關(guān)系有一條污水箱涵，斷面為2×1.4m，底板埋深約為5.5m。橫通道采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用Ф108超前大管棚+Φ28格柵鋼架+Φ25連接鋼+C25噴混凝土300mm+φ8雙層鋼筋網(wǎng)片+型鋼臨時(shí)支撐;二襯采用C30S8鋼筋防水砼，厚400mm;二襯和初支之間不設(shè)置柔性防水層。初支完成后在拱部120°范圍內(nèi)預(yù)埋Φ初支背后回填注漿管，每2m布置一環(huán)，每環(huán)3孔，梅花型布置，對(duì)初襯背后壓注1：1純水泥漿，注漿壓力為0.4-0.6Mp。

　　區(qū)間隧道的顯著特點(diǎn)是“圍巖上軟下硬，結(jié)構(gòu)斷面及施工工法多樣，工序轉(zhuǎn)換頻繁”。區(qū)間隧道上半斷面多為富水卵石土地層，下半斷面多為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖。隧道洞身段圍巖極為破碎，嚴(yán)重威脅著施工安全。通過(guò)對(duì)該隧道的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得到了許多寶貴的現(xiàn)場(chǎng)資料，這些資料對(duì)于了解圍巖的受力狀況，指導(dǎo)后期的施工都具有十分重要的意義[1-2]。

　　二 隧道監(jiān)控量測(cè)

　　1. 量測(cè)方案

　　在該隧道區(qū)段除了進(jìn)行地表沉降、隧道拱頂下沉和凈空收斂等常規(guī)的監(jiān)控量測(cè)外，還在DK39+150處進(jìn)行了多項(xiàng)應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，這些測(cè)試項(xiàng)目包括鋼拱架應(yīng)力測(cè)量，噴射混凝土層應(yīng)力量測(cè)等。

　　采用JSS30型收斂計(jì)和水準(zhǔn)儀分別進(jìn)行洞內(nèi)凈空收斂和拱頂下沉的量測(cè);采用XJH-2型振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)和XJD-2(B)型鋼板應(yīng)變計(jì)分別進(jìn)行噴射混凝土層和鋼拱架應(yīng)力量測(cè)。

　　2. 量測(cè)結(jié)果與分析

　　DK39+150斷面位移收斂-時(shí)間曲線見(jiàn)圖2、鋼拱架應(yīng)力-時(shí)間曲線

　　(1)拱頂下沉和水平收斂曲線可分為3個(gè)階段：第一階段，急劇變形階段，此階段變形在開(kāi)挖及初期支護(hù)后7d左右;第二階段，緩慢變形階段，此階段變形速率開(kāi)始減緩，在30d之內(nèi);第三階段，穩(wěn)定變形階段，此階段在開(kāi)挖及初期支護(hù)35d之后，當(dāng)日變形速率趨于零，變形逐漸穩(wěn)定。

　　(2)鋼拱架應(yīng)力前期增長(zhǎng)也較快，7d就達(dá)到112.86MP。可見(jiàn)鋼拱架承擔(dān)了較大的圍巖初始釋放壓力，能有效地約束圍巖早期的快速變形，在初期支護(hù)中起到較大的作用。30天左右鋼拱架應(yīng)力趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后的鋼拱架，拱腰和拱腳部受力較大，頂部受力相對(duì)較小，在施工中應(yīng)適宜加設(shè)鎖腳錨桿以改善型鋼支護(hù)的受力狀態(tài)。

　　三 數(shù)值模擬計(jì)算

　　1. 有限元模型的建立

　　為保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，整體建模嚴(yán)格按照施工圖紙，隧道圍巖采用 Drucker–Prager準(zhǔn)則[3-5]。圍巖采用4節(jié)點(diǎn)平面實(shí)體單元，錨桿采用2節(jié)點(diǎn)平面桿單元，初期支護(hù)采用2節(jié)點(diǎn)平面梁?jiǎn)卧猍3-5]。圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)各量測(cè)項(xiàng)目位移計(jì)算值均較實(shí)測(cè)值大，這可能和施工過(guò)程中初期支護(hù)沒(méi)有與圍巖緊密接觸有關(guān)。同時(shí)，隧道圍巖開(kāi)挖初期位移速率較大，大部分在安裝儀器前已完成，因此，進(jìn)行結(jié)果分析時(shí)必須考慮這部分位移。

　　四 結(jié)論

　　(1)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)結(jié)果表明，初期支護(hù)中的鋼拱架承擔(dān)了30%以上的圍巖初始釋放壓力，在初期支護(hù)中起到較大的作用。在軟弱破碎圍巖地段，初期支護(hù)應(yīng)優(yōu)先考慮采用鋼拱架。

　　(2)地鐵隧道開(kāi)挖后，圍巖應(yīng)力釋放較快，為了保證洞室的穩(wěn)定性應(yīng)及時(shí)施作初期支護(hù)，同時(shí)隧道兩側(cè)拱腳處的圍巖壓應(yīng)力較大，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)輔助措施在施工中的應(yīng)用，尤其適宜加設(shè)鎖腳錨桿以改善型鋼支護(hù)的受力狀態(tài);仰拱的施作可以很好的改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力，在軟弱破碎圍巖地段，應(yīng)及時(shí)施作仰拱。

　　(3)在復(fù)雜圍巖地鐵隧道的施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與有限元計(jì)算相結(jié)合可以更準(zhǔn)確掌握圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和位移情況，從而指導(dǎo)隧道的施工和設(shè)計(jì)。

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