盾构穿越富水砂卵石地层的地表沉降及离散元分析_张福天.pdf
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1、工程技术建 筑 技 术 开 发 97Engineering and TechnologyBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月盾构穿越富水砂卵石地层的 地表沉降及离散元分析张福天1,王 征2,郑选荣3,李帅良3(1.中交一公局集团有限公司,北京 100015;2.西安市轨道交通集团有限公司,西安 710018;3.西安科技大学 建筑与土木工程学院,西安 710054)摘要 盾构法是地下工程施工中较为常用的一种施工方法。在进行双向平行隧道盾构施工时,隧道之间会存在相互影响。以西安地铁六号线为例,结合相关地层数据,采用离散元软件(MatDEM)模
2、拟了盾构隧道下穿砂卵石地层,研究了不均匀地表荷载对砂卵石地层隧道地表沉降的影响。研究表明:砂卵石地层中盾构掘进引起的地表沉降形状为V形;随着地表荷载大小增加,地层内部应力大小和边界处受力最大值也会明显增大。关键词 盾构隧道;砂卵石地层;地表沉降;数值模拟 中图分类号U231+.3;U456.3;TU94+1文献标志码A文章编号1001-523X(2023)02-0097-03SURFACE SUBSIDENCE AND DISCRETE ELEMENT ANALYSIS OF SHIELD TUNNELING THROUGH WATER-RICH SAND AND PEBBLE STRATAZ
3、hang Fu-tian,Wang Zheng,Zheng Xuan-rong,Li Shuai-liang AbstractAt present,the shield method is a commonly used construction method in underground engineering construction.During the shield construction of two-way parallel tunnels,there will be mutual influence between the tunnels.In this paper,takin
4、g Xian Metro Line 6 as an example,combined with relevant stratigraphic data,the discrete element software(MatDEM)is used to simulate the sand and gravel stratum under the shield tunnel,and the influence of uneven surface loads on the surface settlement of the sand and gravel stratum tunnel is studie
5、d.The research shows that the surface subsidence caused by shield tunneling in the sand and pebble formation is shaped like the letter V.With the increase of the surface load,the internal stress of the stratum and the maximum force at the boundary will also increase significantly.Keywordsshield tunn
6、el;sand and pebble formation;surface subsidence;numerical simulation盾构法已成为中国城市隧道施工主要方法1。方法不可避免地对周围土壤产生扰动,导致地面变形。城市地铁隧道通常为双平行隧道,砂卵石地层由于其强烈的分散性,很容易受到盾构隧道的扰动。韦生达等研究表明,地面损失是引起地面沉降的主要因素,通常用来表征盾构施工引起的土壤 扰动2。随着数值分析计算技术的发展,除地表沉降的理论算式外,数值模拟凭借着高精度、高计算量等优势,逐渐成为施工风险预测和分析的主要手段。砂卵石地层明显不连续。盾构施工在此类地层中引起的地面沉降不同于粘性土等
7、连续介质中的沉降。以往对盾构隧道施工引起的地面扰动的研究主要是在粘性土等连续介质中进行的。很少有研究涉及离散地层,如砂卵石地层内双平行盾构隧道方面的 研究3。以西安地铁六号线为研究背景,进行现场监测和数据分析,总结砂卵石地层中双平行盾构隧道施工引起地表沉降主要影响因素。此外,结合离散元软件(MatDEM)从微观层面研究地表沉降机理4。1 工程概况1.1 施工范围西安地铁六号线包含田家湾车站、田家湾站穆将王路站区间,标段位于西安市灞桥区咸宁东路。田家湾车站位于西安市灞桥区咸宁东路与规划路长田路交叉路口,区间线路自田家湾车站引出后,由西向东沿咸宁东路至浐河并下穿浐河、侧穿穆将王立交桥、至穆将王路站
8、,重点为穆将王路车站西段。1.2 地层岩性情况砂卵石地层中的颗粒存在着较大空隙,颗粒之间接触面积较小,聚合力较低,导致这类地层极易受到外界环境干扰。尤其在砂卵石地层(图1)中进行盾构施工,容易破坏卵石地层力学状态,导致地层的失稳,产生沉降等一系列的工程问题。收稿日期:20230101作者简介:张福天(1989),男,黑龙江鹤岗人,工程师,主要研究方向为桥梁与隧道工程。工程技术建 筑 技 术 开 发98 Engineering and TechnologyBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月砂砾浐河一级阶地浐河河漫滩中砾圆砾粉细砂卵石图1 地
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