地铁隧道侧穿临近高层建筑施工工序优化研究

【摘要】以武汉地铁2号线洪山广场一中南路区间，双洞隧道近距离穿越高层建筑物群为例，采用Plaxis 3D有限元计算软件，模拟地铁双洞隧道矿山法开挖过程。分析隧道穿越建筑物前、侧穿过程以及离开后3个阶段建筑物的沉降、土层应力变化规律。并将不同施工方案引起的邻近高层建筑物结构沉降、应力重分布、塑性区分布以及倾斜情况进行对比分析。模拟结果表明，受隧道与建筑物的交互影响作用，先施工远离建筑物的隧洞施工的方案对邻近建筑影响最小，以此对隧道穿越高层建筑物的施工方案进行优化。

矿山法施工以其全面、安全的特点广泛用于城市隧道建设，隧道施工不可避免的要引起地面沉降。为保证地铁隧道的顺利施工以及周围建筑物的安全要求，对开挖过程进行模拟分析，选择合理的施工工序，对减小隧道开挖对地层的扰动，控制地表变形，控制施工进度，合理安排工期，都有重要的现实意义。目前相关研究主要集中在城市地铁开挖对临近建筑物的风险评估，以及盾构施工对地表沉降影响等，对于双洞矿山法施工工序对临近建筑物相互影响方面研究较少，而且模拟应用主要集中在对盾构施工方面，对矿山法施工的模拟计算涉及较少。
本文结合武汉地铁2号线洪山广场一中南路区间隧道工程实例，就双洞地铁隧道台阶法不同的施工工序对临近建筑物影响规律进行模拟计算，通过土体总位移、剪应力以及塑性分布区的对比，选出最优的施工方案。
l 工程概况
武汉地铁洪山广场一中南路区间近距离穿越高层建筑。区间为双洞隧道，采用预留核心土台阶法施工，双洞平均高差为4m，洞壁相距12m，平均洞径为5．6m，侧穿建筑物位于隧道右线右侧9m处，地下3层，地上45层，高180m，建筑物基础为筏基，基础下为独立摩擦端承桩，桩深1Im，桩脚距离右洞中心水平最近距离为10m，隧道与建筑物关系如图l所示。
2计算方案确定
2．I计算模型的建立
采用Plaxis 3D软件进行分析时，为尽可能减小
边界效应带来的影响，该模型边界选取离隧道中心3倍的洞径。模型高度50m，模型纵向长35m。左
洞中心距离下边界为18m，右洞中心距离下边界为22m，隧道平均洞径5．6m，左洞中心距离左边界19m。右洞中心距离右边界33m，建筑物右边界距离模型右边界距离为13m。三维模型如图2所示。

2．2计算参数及基本假设
鉴于武汉地铁2号线大部分隧道主要穿越黏土层，且土层较厚，该计算模型的基本假设如下。
1)岩体材料均假定为均质、各向同性。
2)建筑物荷载以施加1 000kN／m2的均布荷载来模拟代替。
3)土体采用基于Mohr-Coulomb屈服准则。
4)开挖步长为Im。
5)地下水处于隧道底板以下，因此各工况模拟2．2计算参数及基本假设鉴于武汉地铁2号线大部分隧道主要穿越黏土层，且土层较厚，该计算模型的基本假设如下。
根据隧道所处工程地质条件及模拟成果在各标段的适应性，土体物理力学参数如表1所示，，各工况下衬砌天然容重T=2．5×104kN·m3，弹性模量E=3．5×106kPa，泊松比／．L=0．15，等效厚度d=0．3m。

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