GTS在隧道和地铁工程中的应用

GTS在隧道及地铁铁工程中的应应用崔艺斌广州市建筑科科学研究院2008年9月23日WeAnalyzeandDesigntheFuture报告内容容隧道及地铁工工程中的常遇遇问题利用GTS的解决方案（（应用）(1)隧道工程施工工方法选择.(2)隧道工程与其其他工程的相相互作用分析析.三.隧道工程中若若干局部细节节计算的考虑虑方法.（局部）一、隧道及地铁工工程中的常遇遇问题1施工工况的优优化和选择（（针对隧道本本身）工程经验不足足隧道洞洞口偏压双双/三联拱隧道大大断面浅埋暗挖隧道道小净距距隧道（主））考虑掘进长长度的三维分分析等（结合苏州凤凤凰山双联拱拱隧道工程））2隧道及地下工工程开挖对已已有建筑设施施的影响（结合深圳地地铁5号线某桩基托托换工程）3新建地下工程程对已建地下下工程的影响响评价（结合广佛地地铁二、八线线沙园地铁车车站及曲线盾盾构隧道相邻邻建建筑深基坑开开挖工程）二、利用GTS的解决方案（（应用）1施工工况的优优化和选择（（针对隧道本本身）（结合凤凰山山双联拱隧道道工程）苏州凤凰山隧隧道工程位于苏州市吴吴中区木渎镇镇境内，属宝宝带西路延伸伸段改建工程程的一部分,穿越七子山西西北侧凤凰公公墓区，隧址址区为一小山山体。苏州凤凤凰山隧道工工程分一期和和二期工程进进行建设。凤凤凰山隧道一一期工程为一一座连拱隧道道。凤凰山隧道一一期工程连拱拱隧道全长175m，起讫桩号分分别为K1+985和K2+160,其中明暗洞分分界桩号为K2+001及K2+144，暗洞段长143m，属短隧道。。隧道最大埋深深23m，埋深小于10m的暗洞长度占占整个暗洞的的比例约为34％，属典型浅浅埋隧道。根据地质报告告，隧址区地地质条件较差差，基本为Ⅴ级围岩，隧道道最大开挖跨跨度32.2m，属软弱围岩岩大跨隧道。因此，凤凰山连拱隧隧道属软弱围围岩中浅埋大大跨隧道，施工具有较较大难度。（1）基于荷载-结构法的隧道结构静静力计算分析析图1-1二次衬砌的侧侧向变形图图1-2二次衬砌的竖竖向变形图图1-3二次衬砌轴力力图图1-4二次衬砌弯矩矩图（2）基于地层-结构法的隧道结构构静力计算算分析凤凰山连拱拱隧道毛洞洞跨度达到到32.2m，且存在一定定的偏压现现象，以前类似似的工程较较少，可以借鉴的的经验不多多，给设计带带来了较大大的困难，，因此应对对其进行相相关计算，，对设计进进行校核。。图2-1联拱隧道整整体模型图2-2联拱隧道局局部模型图2-3中导洞开挖挖后的地层层竖向位移移图图2-4左洞开挖后后的地层竖竖向位移图图图2-5右洞开挖后后的地层竖竖向位移图图图2-8中隔墙最大大压应力图图图2-6围岩塑性拉拉应力区图图图2-9中隔墙最大大拉应力图图图2-7围岩塑性压压应力区图图图2-10导洞法开挖挖临时支护护和初支部部分内力图图图2-12二次支护组组合应力图图图2-11二次支护结结构轴力与与弯矩图小结：在地下工程程缺乏相应应工程经验验或者需要要进行方案案选择的时时候，利用用数值计算算软件，可可以对工程程有初步和和定性的认认识，为工工程设计提提供重要参参考。2隧道及地下下工程开挖挖对已有建建筑设施的的影响（结合深圳圳地铁5号线某桩基基托换工程程）说明：1，该工程为为国内铁道道第三设计计院与韩国国某工程咨咨询合作，，利用GTS所做的一个个深圳地铁铁5号线的桩基基托换工程程。2，计算主要要考虑两点点：（1）由于盾构构隧道穿过过桩基础，，因此需要要对原桩基基础进行托托换，考察察托换后对对原有上部部结构的影影响。（2）在托换以以后地铁盾盾构将穿越越桩基，计计算模拟地地铁掘进穿穿越桩基整整个过程中中，桩基所所受到的侧侧向土压力力的影响以以及由此造造成的上部部结构的反反应。3新建地下工工程对已建建地下工程程的影响评评价（结合广佛佛地铁二、、八线沙园园地铁车站站及曲线盾盾构隧道相相邻建筑深深基坑开开挖工程））本工程地块块位于广州州市海珠区区工业大道道北十一橡橡胶厂内。。地下室形形状为一不不规则多边边形，东侧侧是工业大大道，其规规划道路红红线为40米；场地东东南侧临近近已完成主主体结构施施工的沙园地铁站站，东北侧临临近广佛线地铁铁隧道。南侧是榕榕景路，其其规划道路路红线为26米；西侧与与26米规划路相相接；北侧侧与规划路路相接。该工程基坑坑部分及地地铁风亭部部分由广州市建筑筑科学研究究院设计，期间间考虑到对对地铁的保保护，需要要对基坑开开挖对地铁铁及附属结结构所造成成的影响做做出整体评评价，因此此对该工程程进行了整整体数值计计算，并结结合大量工工程实际经经验作出合合理设计。。工程现状：目前地铁铁车站已经经施工完成成，由于盾盾构隧道的的工期与基基坑工期先先后不能确确定，因此此计算一并并考虑了盾盾构隧道。。工程总体平平面图工期工程所有结结构位置关关系图新建基坑与与地铁盾构构隧道、地地铁车站的的数值计算算部分整体模型网网格计算目的：：由于基坑在在车站及盾盾构隧道左左侧开挖造造成重大卸卸载，因此此需要由此此对地铁设设施所造成成的影响：：（1）地铁车站站与盾构隧隧道连接处处与基坑挖挖通，卸载载最大，应应充分考虑虑车站右侧侧土压力对对现有车站站结构的不不利影响a（2）曲线盾构构隧道段沿沿基坑东南南侧整体卸卸载，土体体回弹将使使盾构隧道道向基坑侧侧移动，需需要对其影影响进行整整体评价。。（3）考虑到盾盾构井距离离基坑很近近，因此需需要考虑对对盾构井的的影响图3-1整体X方向位移图图图3-2整体Y向位移图图3-3整体Z向位移图图3-4结构单元内内力图计算结结果车站右侧水水平位移车站左侧水水平位移结论1：通过整体数数值计算分分析，地铁铁车站在一一侧重大卸卸载的情况况下，开挖挖近侧发生生向基坑侧侧的位移，，即车站与与隧道连接接处整体向向基坑侧移移动，车站站尾部（远远离基坑侧侧向远离基基坑移动）），根据经经验和以往往学术论文文，在此位位移下基坑坑开挖对车车站影响较较小。结论2：由于曲线盾盾构隧道沿沿着基坑布布置，因此此基坑开挖挖对隧道影影响较大，，且隧道衬衬砌（板单单元）表面面应力较大大，内力也也较大，考考虑到安全全性设计中中采用在隧隧道部分留留土保护。。结论论3：考虑虑到到盾盾构构井井较较小小，，且且支支护护刚刚度度较较大大，，经经计计算算位位移移较较小小，，基基坑坑开开挖挖对对其其影影响响不不大大，，但但考考虑虑到到盾盾构构井井与与隧隧道道连连接接处处属属于于应应力力集集中中部部位位，，因因此此在在也也做做留留土土处处理理。。三、隧道及地地铁工程程中细部部计算模模拟的几几点方法法（研究高高校））1，公路隧隧道初支支与二次次支护作作用模拟拟2，盾构隧隧道管片片连接1，公路铁铁路隧道道中关于于初支和和二次支支护的模模拟主要有以以下几种种方法：：（1）考察支支护结构构的应力状况况；通常采采用平面面应变（（或者实实体单元元）来模模拟初支支和二次次支护，，可以得得到准确确的应力力应变结结果。（2）考察支支护结构构的内力用于于配筋计计算；通常常采用梁梁单元来来模拟二二次支护护，初支支可以采采用梁单单元，也也可以采采用平面面应变单单元，但但多采用用平面应应变单元元。1，公路铁铁路隧道道中关于于初支和和二次支支护的模模拟初支和二二次支护护的连接接方法：：（3）目前尚尚不能合合理的模模拟初支支与二次次支护之之间的预预留变形形缝，在在建立模模型的时时候一般般不考虑虑。（4）如果采采用荷载结构构法研究初支支和二次次支护结结构之间间的作用用，可以以采用仅仅受压弹弹簧来模模拟（该该方法目目前只能能用于一一次计算算中）（5）如果采采用实体单元元来模拟拟初支和和二次支支护，可以采采用设置置接触单单元的方方法来模模拟初支支和二次次支护之之间的作作用，对对接触单单元的参参数做适适当的调调整和选选择。2，地铁隧隧道中，，盾构管管片之间间的连接接（1）管片与与管片之之间采用用铰连接接，管片片与管片片纵向之之间不考考虑。（释放掉掉管片与与管片连连接处的的转动自自由度））（2）管片与与管片之之间采用用弱化单单元连接接。（考虑管管片与管管片之间间的弯矩矩传递））（3）管片与与管片之之间采用用弹簧连连接。结论一、随随着城市市地下工工程的迅迅速发展展，以往往完全依靠靠经验来进行地地下工程程设计并不能完完全满足足实际需需要，特别是是地下工程程之间的的相互影影响评价，如如：交叉叉盾构隧隧道，交交叠隧道道，相邻邻隧道的的施工工工序以及及本报告告中所提提到的实实际工程程，有些些是没有有以往经经验的，，因此借借助于数数值计算算方法，，可以为为工程设设计提供供参考和和定性的的分析判判断，服服务于设设计。二、在工工程中，，可