1、北京地铁六号线盾构穿越地铁flac3d数值分析北京地铁六号线盾构穿越地铁flac3d数值分析北京地铁六号线 青年路车站:十里堡车站区间 隧道穿越铁路 3DFLAC数值分析报告 中国矿业大学,北京,土木工程系 二一零年一月 0 1. 概述 1.1 引言 地铁区间隧道盾构法施工是目前广泛采用的隧道施工技术。在我国地铁施工造成地面沉陷、周边建,构,筑物损害、隧道涌水、城市生命线工程损害等事故时有发生往往造成严重的经济损失与社会影响,其中隧道施工引起地层沉降的三维预测与控制问题尤显重要。在隧道工程施工以前国内外普遍采用数值模拟分析计算的方法预测施工引起的地表变形及对周边建构筑物的影响。 即将建设的北京
2、地铁六号线工程青年路车站，十里堡站区间隧道工程盾构隧道从铁路下穿过考虑到建筑物稳定性的需要需对此施工过程进行数值分析。 本报告采用国际上最先进的岩土工程数值分析软件系统对隧道施工进行了三维数值分析来说明隧道施工的先后顺序。 1.2 工程概述 十里堡站青年路站区间沿现状朝阳北路道路南侧地下敷设线路呈东西走向西段区间起于朝阳北路与十里铺路相交路口的十里堡站出站后沿朝阳北路路中向东敷设线路经过一人行天桥、京包铁路及箱涵止于朝阳北路与青年路相交路口的青年路站。区间全长1041.54m采用盾构法施工。 在区间中部穿越京包铁路及京包铁路下的箱涵。铁路箱涵外包尺寸43.15m7.8m采用混凝土预制顶进施工箱
3、涵的南北两侧局部设臵护坡桩桩长约14m。铁路为5股道分别是电厂专用线东北环线星双联络线砖瓦厂专用线和建材厂专用线。 2 三维数值分析建模与软件系统概述 地铁隧道施工是典型的三维空间问题盾构隧道施工引起的地表沉降具有显著的时空效应。隧道施工动态过程引起地层移动变形包括:先期沉降、前方沉降或隆起、通过时的沉降、建筑空隙引起的沉降与滞后沉降等。隧道施工对地表影响的研究方法有:经验公式、随机介质理论法、弹塑性与粘弹塑性理论解析法、数值计算方法等。施工之前基于现场工程条件的三维数值模型是计算地表沉降最有效的手段。基于三维数值分析的方法能模拟实际土层的变异情况、盾构管1 片结构围岩共同承载特性、盾构施工的
4、工艺参数、壁后注浆参数等使预测趋于合理。 2.1 数值分析的建模依据 ,1,北京地铁6号线一期工程初步设计文件,2008.9, ,2,北京地铁6号线一期工程初步设计审查意见, ,3,北京地铁6号线环境安全风险源分级汇总表,2009年4月, ,4,北京地铁6号线一期工程施工设计技术要求(送审稿), ,5,北京地铁6号线一期十里堡站青年路岩土工程勘察报告及后续的补勘报告, ,6,北京地铁6号线一期工程线路资料,电子文件, ,7,地铁6号线一期工程地形、管线图,电子文件, ,8,降水咨询审查意见 ,9,北京轨道交通6号线一期工程建(构)筑物调查资料 ,10,甲方及总体组提供的其他相关文件 ,11,国
5、家、行业和北京地区相关的设计标准、规范、规程。 2.2 计算分析参照的标准规范 (1)地铁设计规范,GB50157-2003, (2)建筑结构荷载规范,GB50009-2001, (3)建筑地基基础设计规范,GB5007-2002, 2.3 数值计算的建模原则与计算模型概述 建模原则: ,1,采用三维数值模型而非二维平面模型旨在考虑隧道开挖的施工过程影响便于分析由于施工过程引起地表移动的时空效应问题。 ,2,考虑盾构法动态施工过程对该区间盾构隧道施工导致的地面建筑物3D沉降进行了FLAC数值计算分析 ,3,土层厚度、土层力学参数、地下水位等水文地质条件等按照勘察报告提交的参数进行选取在不同的纵
6、断面位臵按照建模位臵对应的参数选取土层厚度变化的按照该土层在该位臵附近的平均值选取,土层强度参数按照勘察报2 告提供的建模位臵相应钻孔的土层强度参数选取,当该位臵无直接的土层勘察数据可选取时则按照该土层的平均强度参数选取。 ,4,盾构类型与施工参数按照北京地铁目前普遍采用的土压平衡盾构即:数值计算建模考虑土压平衡盾构机在正常掘进工作状态下对上述不同模型的地表及周边建构物的影响。盾构掘进速度按照每天推进67环管片,如6环:7.2m/天,的推进速度进行施工过程模拟。 ,55,考虑盾构施工过程的同步注浆和壁后注浆对围岩的加固作用管片及注浆体和围岩共同承载。 3D2.4 数值分析用的FLAC软件系统介
7、绍 3D本次计算分析采用的软件系统是由美国引进的FLAC-系统它是目前世3D界上最优秀的岩土工程数值分析软件之一。FLAC-是直接针对岩土工程的软件系统其齐全的岩土材料与支护结构模型和强大计算功能是其他通用有限元软件3D系统难以比拟的。因此国际隧道工程及其他岩土工程广泛采用FLAC-进行分析计算。 3DFLAC,拉格朗日元法,是基于有限差分的数值计算软件FLAC考虑了岩土材料复杂性、可变性以及岩土的非均质、不连续、大变形、大应变、非线3D性和峰值后强度特征。FLAC适于隧道工程问题的原因在于它提供了适于岩土特性的本构模型如横观各向同性、摩尔库伦、剑桥、零模型模拟开挖、应变软化、砌体节理模型以及
8、粘性模型和渗流模型等。对不同介质之间的不连续面可3D采用交界面模拟等。 FLAC比其它软件优越之处还在于它具有很好的支护结构模型与其他同类软件相比它能较好地模拟隧道衬砌,管片,、锚杆、支柱和其他支护单元。因此非常适合于隧道开挖等岩土工程问题。FLAC法预计地表沉降时将沉降视为力学过程不仅能够预计地表移动而且可以给出地层的受力3D状况并能考虑各种施工因素的影响。FLAC可模拟多种不同力学特性的材料可模拟复杂土层条件可模拟盾构推进、管片支护、土体变形破坏的渐进过程等,3D这些都为FLAC-在国际上赢得了广泛的声誉。 3 三维数值模拟的建模 应该指出的是期望采用数值分析模型绝对准确地模拟复杂的盾构隧
9、道施工过程及诱发的地表建筑物沉降是困难的这与复杂多变的岩土参数、盾构施工参3 数、注浆参数在一定程度的变异性密切相关。 在数值分析过程中均按照工程的实际工况进行模拟以下为数值分析建模过程。 3.1 计算域的确定 计算范围:模型上边界上至地面下边界至少在隧道底部3D以下横向取至距隧道中线两侧各6.5D模型沿隧道轴线长度为20D。模型尺寸足以考虑盾构隧道施工扰动的影响范围。 3.2 建筑物荷载条件 模拟过程主要考虑建构筑物荷载作用其荷载为隧道邻近建筑物结构自重。建筑物结构荷载简化为均布竖向矩形荷载,对筏板基础而言,通过建筑物基础在埋深处传递到地基土。条形基础则按照荷载通过基础梁传递到地基的方式施加
10、。 3.3 边界条件确定 模型侧面和底面为位移边界模型两侧的位移边界条件是约束水平移动模型底部位移边界为固定边界约束其水平移动和垂直移动。模型上边界为地表为自由边界。 关于模型的荷载条件计算模型同时考虑土体重力和水压力作用的水土耦合作用在计算模型的两侧外边界水平方向的侧向土压力采用静止土压力作为荷载边界。 3.4材料模型以及变形模式 土体模型采用弹塑性理论计算岩土体材料模型采用摩尔-库仑准则变形模式采用大应变变形模式进行计算。 盾构隧道的管片:钢筋混凝土管片采用弹性本构模型模拟管片厚度400mm单元模型采用壳体实体单元。 建筑物的基础采用弹性本构模型模拟隧道旁建筑物的筏板基础采用3DFLAC弹
11、性板壳结构,此处为平板结构单元,单元进行模拟。 4 3.5 计算模型概述 计算模型: 本次数值分析模型尺寸为:长为170m宽为190m高为50m数值模拟的三维网格模型如图3-1。计算模型大小足以考虑空间效应、开挖、结构加固、地层加固、边界效应等影响。计算模型共计177050个单元185610个网格点。计算中的所有边界均为位移边界条件其中模型上表面为自由边界下表面方向为z方向位移固定左右边界为X、y方向位移铰支。 计算模型分两个模型开挖。第一个模型第一步开挖左侧隧道第二步开挖右侧隧道,第二个模型第一步开挖右侧隧道第二步开挖左侧隧道。 图3-1 盾构隧道模型 4 数值模拟与结果分析 4.1 先开挖
12、左侧隧道再开挖右侧隧道 4.1.1 第一步先开挖左侧隧道 5 图4-1 第一步开挖后模型竖向位移云图 图4-2 第一步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵竖向位移云图 6 图4-3 第一步开挖后模型截面竖向位移云图 图4-4 第一步开挖后模型横向位移云图 7 图4-5 第一步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵横向位移云图 图4-6 第一步开挖后模型截面横向位移云图 8 图4-7 第一步开挖后模型纵向位移云图 图4-8 第一步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵纵向位移云图 9 图4-9 第一步开挖后模型截面纵向位移云图 图4-10 第一步开挖后模型横向应力云图 10 图4-11 第一步开挖后模型纵向应力云图 图4-12
13、第一步开挖后模型竖向应力云图 11 4.1.2 第二步开挖右侧隧道 图4-13 第二步开挖后模型竖向位移云图 图4-14 第二步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵竖向位移云图 12 图4-15 第二步开挖后模型截面竖向位移云图 图4-16 第二步开挖后模型横向位移云图 13 图4-17 第二步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵横向位移云图 图4-18 第二步开挖后模型截面横向位移云图 14 图4-19 第二步开挖后模型纵向位移云图 图4-20 第二步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵纵向位移云图 15 -21 第二步开挖后模型截面纵向位移云图 图4图4-22 第二步开挖后模型横向应力云图 16 23 第二步开挖后模型
14、纵向应力云图 图4-图4-24 第二步开挖后模型竖向应力云图 17 4.2.1 第一步先开挖右侧隧道 图4-25 第一步开挖后模型竖向位移云图 图4-26 第一步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵竖向位移云图 18 图4-27 第一步开挖后模型截面竖向位移云图 图4-28 第一步开挖后模型横向位移云图 19 图4-29 第一步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵横向位移云图 图4-30 第一步开挖后模型截面横向位移云图 20 图4-31 第一步开挖后模型纵向位移云图 图4-32 第一步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵纵向位移云图 21 图4-33 第一步开挖后模型截面纵向位移云图 图4-34 第一步开挖后模型横向应力
15、云图 22 35 第一步开挖后模型纵向应力云图 图4-图4-36 第一步开挖后模型竖向应力云图 23 4.2.2 第二步开挖左侧隧道 图4-37 第二步开挖后模型竖向位移云图 图4-38 第二步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵竖向位移云图 24 图4-39 第二步开挖后模型截面竖向位移云图 图4-40 第二步开挖后模型横向位移云图 25 图4-41 第二步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵横向位移云图 图4-42 第二步开挖后模型截面横向位移云图 26 图4-43 第二步开挖后模型纵向位移云图 图4-44 第二步开挖后隧道衬砌、筏基、箱涵纵向位移云图 27 图4-45 第二步开挖后模型截面纵向位移云图 图4
16、-46 第二步开挖后模型横向应力云图 28 图4-47 第二步开挖后模型纵向应力云图 图4-48 第二步开挖后模型竖向应力云图 29 5. 数值计算分析结论 表5-1隧道开挖顺序对铁路的影响分析 位移/mm 施工阶段 隧道水平 隧道竖向 地表水平 地表沉降 先开挖左侧隧道 15.23 20.25 6.1 4.2 再开挖右侧隧道 25.75 25.20 6.5 4.4 先开挖左侧隧道 20.39 9.71 8.3 3.2 再开挖右侧隧道 20.95 17.62 8.5 6.8 1(第一个方案第一步开挖左侧隧道时隧道水平位移15.23mm隧道竖向位移20.25mm地表沉降为4.2mm地表水平位移为
17、6.1mm。第二步开挖右侧隧道时隧道水平位移25.75mm隧道竖向位移25.20mm地表沉降为4.4mm地表水平位移为6.5mm。 (第二个方案第一步开挖右侧隧道时隧道水平位移20.39mm隧道竖2向位移9.71mm地表沉降为3.2mm地表水平位移为8.3mm。第二步开挖左侧隧道时隧道水平位移20.95mm隧道竖向位移17.62mm地表沉降为6.8mm地表水平位移为8.5mm。 综上所述盾构施工顺序对地表沉降起着至关重要的作用。根据变形控制标准:下穿铁路地面沉降控制标准:10mm,铁路线限制标准,暂定,:轨面沉降要求为，5，,10mm, 每股轨线的两条轨道高差不得大于4mm 的规定。经计算第一
18、个方案较好计算所得地表沉降4.4mm符合变形控制标准。 30 下面是经典歌词100句,朋友们可以享受下,不需要的朋友可以下载后编辑删除!谢谢! 林夕经典歌词 1、若只是喜欢,何必夸张成爱。林 2、擦光所有火柴难令气氛像从前闪耀,至少感激当日陪着我开甜蜜癿玩笑。失恋太少 3、你是千堆雪我是长街,怕日出一到彼此瓦解。邮差 4、谁能告诉我,要有多坚强,才敢念念不忘。当时癿月亮王菲 5、我愿意做你癿老师,示范着执子之手如何解释,不愿为深奥癿感情变白痴。诗人癿情人方大同 6、有一梦便造多一梦,直到死别都不觉任何阵痛,趁冲动能换到感动,这愉快黑洞苏醒以后谁亦会扑空。梦死醉生张国荣 7、谁能改变人生癿长度,
19、谁知道永恒有多么恐怖,但现实往往比命运还残酷,只是没有人愿意认输。无间道 31 8、似等了一百年忽已明白,即使再见面,成熟地表演,不如不见。不如不见 9、在有生癿瞬间能遇到你,竟花光所有运气。明年今日 10、害怕悲剧重演我癿命中命中,赹美丽癿东西我赹不可碰。其实我再去爱惜你又有何用,难道这次我抱紧你未必落空？暗涌 11、黑了倦眼都侧耳倾听,让我做只路过蜻蜓,留下能被怀念过程,虚耗着我这便宜生命。路过蜻蜓张国荣 12、如除我以外在你心,还多出一个人,你瞒住我,我亦瞒住我,太合衬。原来我非不快乐,只我一人未収觉若无其事原来是最狠癿报复。想哭 13、闭起双眼我最挂念谁眼睛张开身边竟是谁。人来人往 1
20、4、我想知如何用爱换叏爱,如何赤足走过茫茫深海,赸乎奇迹以外。当赤道留住雪花,眼泪融掉细沙,你肯珍惜我吗？当这地球没有花 15、那日我狂哭不止,曾经差一点想过死,多少艰辛不可告人,多少光阴都因为等。奇迹 16、爱若难以放进手里,何不将这双手放进心里。人来人往 17、剪影癿你轮廓太好看,凝住眼泪才敢细看。约定 18、但凡未得到,但凡是过去,总是最登对。似是故人来 19、无论热恋中失恋中,都永进记住第一,别要张开双眼。相爱很难 20、得到,你癿爱情,还要再得到你任性。一切,原是注定,因我跟你都任性。明知故犯 21、悲哀是真癿,泪是假癿,本来没因果,一百年后没有你也没有我。百年孤寂 32 22、感情
21、寻找它癿模特儿,衣朋挂在橱窗,有太多人适合,没有独一无二。香奈儿 23、有生之年狭路相逢终不能幸免,手心忽然长出纠缠癿曲线,懂事之前情动以后长不过一天,留不住算不出流年。流年 24、不要我癿我不要,不爱我癿我不爱,把灯关上连背影都不会存在。不爱我癿我不爱 25、我们拥有癿,多不过付出癿一切。不爱我癿我不爱 26、可能在我左右,你才追求,孤独癿自由。红豆 27、拿下了你这感情包袱戒者反而相信爱。邮差 28、如能忘掉渴望,岁月长衣裳薄。再见二丁目 29、不是爱不起,只是伤不起。伤不起 30、就像蝴蝶飞不过沧海,没有谁忍心责怪。蝴蝶 31、爱是没名字癿歌,留给这世上没名字癿你。没名字癿歌,无名字癿你
22、 32、过去都已经过期,何必要跟自己过不去,还过得去,就值得恭喜。还过得去 33、做最爱做癿我没什么不敢,才是最大癿力量,梦想癿现场,每个人头上都有光环。梦想 34、只想追赶生命里一分一秒,原来多麽可笑,你是真正目标。追 35、但愿我可以没成长,完全凭直觉觅对象。模糊地迷恋你一场,就像风雨下潮涨。有心人 33 36、趁冲动,能换到感动,这幻觉不去用苏醒以后难道你会哭出笑容。梦死醉生 37、哭,我为了感动谁。笑,又为了碰着谁。路过蜻蜓 38、我就是我,是颜色不一样癿烟火。我 39、从前到以后,一夜间拥有,谁说这不算相恋到白头。红颜白収 40、天爱上地,不会完全凭运气。这刻春光明媚,差点不忍记起。
23、奇迹 41、你离开了,却散落四周。左右手 42、你这样恨我,好不好过,温馨被单,都变成负荷。你这样恨我 43、十年之后,我们是朊友,还可以问候;只是那种温柔,再也找不到拥抱癿理由。十年 44、不信眼泪,能令失乐癿你爱下去。难收癿覆水,将感情慢慢荡开去。如果你太累,及时地道别没有罪。牵手来,空手去就去。玱璃之情 45、感情不必拿来慷慨。因为爱,所以爱 46、谁貌似花美艳？是谁努力照亮半边天？但是情无独钟,贪心癿你偏爱哪一边？情无独钟 47、谁亦记得不能容他宠坏,不要对他倚赖,感情随他出卖,若你喜欢犹大。情, 48、传说有一男一女同偕到白収之后才怀念刻骨铭心癿旧友,回头陪着那合照,一块将余生渡过。
24、一千零一个 49、爱是一段一段一丝一丝癿是非,叫有情人再不能够说再会。天下有情人 50、不爱就不爱,难捱就不捱。如果你是李白 1.但凡未得到，但凡是过去，总是最登对。似是故人来 所以和你生活的那一个，永远是second best 。 2.无论热恋中失恋中，都永远记住第一戒，别要张开双眼。相爱很难 爱情就是盲目的。能使爱情长久的方法，便是找片树叶来遮住眼睛。 34 3.得到，你的爱情，还要再得到你任性。一切，原是注定，因我跟你都任性。明知故犯 难怪李宗盛要说爱情是精神鸦片 。 4.悲哀是真的，泪是假的，本来没因果，一百年后没有你也没有我。百年孤寂 既是如此，何必执着, 5.感情寻找它的模特儿，衣
25、服挂在橱窗，有太多人适合，没有独一无二。香奈儿 这年头，哪有不二臣,(亦舒语)所以，没什么放不下的。 6.有生之年狭路相逢终不能幸免，手心忽然长出纠缠的曲线，懂事之前情动以后长不过一天，留不住算不出流年。流年 爱情有时徒有虚名，不过是一场宿命。 7.不要我的我不要，不爱我的我不爱，把灯关上连背影都不会存在。不爱我的我不爱 唱的容易做的难，谁又真能如此洒脱, 8.我们拥有的，多不过付出的一切。 爱情游戏中，永远只有十分之一的甜，剩下的十分之九，有苦，有涩，有酸，就是没有甜。 9.可能在我左右，你才追求，孤独的自由。红豆 拥有的时候永远不懂珍惜，人类通病。 10.拿下了你这感情包袱或者反而相信爱。
26、邮差 拿开旧的奶酪，才能得到新的。所以，谁动了我的奶酪，并不要紧。 11.你喜欢不如我喜欢，你的不满成全我的美满。你喜欢不如我喜欢 这样爱，会容易得多。 12.就像蝴蝶飞不过沧海，没有谁忍心责怪。蝴蝶 只要蝴蝶曾在沧海上飞过，就已足够，结果，永远没有过程重要。 13.不要迷信情变等于灯灭，不要含泪直到与他肯定再不相见，爱恨无须壮烈，不随便狂热。情戒 感情，只是人生中的一小部分，不要为它死去活来，让人看低。 14.害怕悲剧重演，我的命中越美丽的东西我越不可碰。暗涌 爱情虽然美丽，却是易碎玻璃。 15 不要虔诚直到懂得怎样去爱魔鬼，纪念留给下世，不对别人发誓 。情戒 要学会自己保护自己，也不要轻易
27、对一段感情做出承诺，否则害人害己。 16.每个人都是单行道上的跳蚤，每个人皈依自己的宗教，每个人都在单行道上寻找，没有人相信其实不用找。单行道 缘分可遇不可求。 17.有一梦便造多一梦，直到死别都不觉任何阵痛，趁冲动能换到感动，这愉快黑洞苏醒以后谁亦会扑空。 梦死醉生 人生得意需尽欢，莫使金樽空对月。感情是一个道理，愉快那么快，何必等到互相伤害, 18.你这样恨我好不好过，温馨被单都变成负荷，当牧童害了绵羊难道觉得庆贺。你这样恨我 本是相爱的人到最后却只能互相伤害，这是爱情最可悲的地方。 19.你欣赏我因我本性不会改，别太认真认真怎可放开自在。寂寞有害 爱一个人不见得是要在他的名前冠上“我的”
28、二字，换言之，爱不是占有，所以给他多一点空间，不要老想他按着自己的意愿改变 。 20.相亲相爱倒不如想入非非真真假假也无所谓。想入非非 35 有时候，性比爱重要。但要小心像蓝宇那样由性进入爱，那可就违背你游戏人间的初衷了。 21.没有拥抱你只怕这个游戏代价不菲，没有爱上谁也该知道爱一个人好累。想入非非 所以准备爱的时候，一定要看看自己有没有这个能力。 22.从前和以后一夜间拥有，难道这不算相恋到白头 ，但愿会相信缠绵时分手，能令我减轻了内疚。红颜白发 在爱到极至时分手，是最明智的选择。天长地久，只能让感情生锈。 23.夜晚会面白天道别，才没有弱点。侧面 真正爱一个人，千万别只看他侧面。更不能不
29、看他的缺点，否则这将成为感情最大的弱点。 24.你爱我爱不起，我怪你怪不起。你爱我爱不起 感情有时候也要讲究门当户对，这是知心灵和心志上的门当户对，要知道，陈家洛是配不起霍青桐的。 25.我不完美，但你未见得很爱美。我想完美，难怪被你太早放弃。你爱我爱不起 追求完美，有时反而会让爱情更快破碎。 26.爱是一朵从天飘下来的雪花还没结果已经枯萎 ，爱是一滴擦不干烧不完的眼泪还没凝固已经成灰。天下有情人 不是每一段情都一定会有结果。 27.爱是一段一段一丝一丝的是非，叫有情人再不能够说再会。天下有情人 这就是为什么不要随便发誓的原因，越脆弱的东西，变数就越多。 28.若是要细水可以变长流，就像等他长出铁锈无法再分手。固定伴侣 那又何苦, 29.别离原为战胜与光阴的竞赛，每把声音定会嘱咐要早出早回来，只是回头便知时代早不存在， 临别的激动和悲哀却可印证着爱。早去早回 当你不能再拥有的时候，你唯一能做的，就是不要忘记。 30.彼此相爱也许更爱自己。寂寞便找我 任何人最爱的都只是自己，所以永远不要对别人说:我最爱的人是你或最爱你的人是我。 31.传说有一男一女同偕到白发之后才怀念刻骨铭心的旧友，回头陪着那合照，一块将余
