1号风道临时施工竖井报告429详解.docx
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1号风道临时施工竖井报告429详解
北京地铁7号线双井站
1号风道临时施工竖井开挖
对周边建筑物影响分析
(基于FLAC3D程序的分析结果)
目录
1 工程概况1
2 工况选择3
3 计算模型和计算参数3
4 竖井模拟结果及分析5
5 车站模拟结果及分析16
6 风道模拟结果及分析18
1 工程概况
7号线双井站位于北京市朝阳区,紧邻北京市CBD核心区。
车站位于广渠门外大街、广渠路与东三环中路交叉口东侧,与既有10号线双井站T型换乘,10号线线路为南北走向、7号线线路沿广渠路东西走向,10号线为2008年通车运营。
7号线双井站有效站台中心里程右K13+039.579,车站有效站台中心处轨面高程8.693m,轨面埋深28.307m,车站主体采用暗挖法施工,车站西端为矿山法区间,东端为盾构区间。
7号线双井站为地下两层双柱三跨岛式车站,站台宽度14m。
车站主体长度237.6米,标准段宽23.1米,总高16.15米,有效站台中心处拱顶覆土厚约13.99m,结构底板埋深约31m。
7号线双井站在广渠路南北两侧以及东三环路东共设四个出入口、一个紧急疏散出口、三组风亭,两个风道,增加南北两个换乘厅。
南换乘厅位于10号线既有停车场内;北换乘厅位于乐成国际下沉广场前空地内;1号出入口改造既有10号线东北出入口(保留上部);2号出入口位于造纸厂6层、14层家属楼门前辅道内;3号出入口为改造既有10号线东南出入口,位于邮电局19层家属楼门前人行步道内;4号出入口位于北京歌舞团门前人行步道内。
1号风道位于广渠路路面以下,距离10号线双井站东侧12米。
2号风道也位于广渠路路面以下,紧邻化工设备厂东路。
为满足全线总体工期要求,本站设置了3个临时施工竖井和2个风道临时施工竖井。
本部分仅对1号风道临时施工竖井和竖井对车站、风道既有结构的影响进行分析。
竖井的结构如图1所示。
图1 竖井结构图
1号风道临时施工竖井用来施工1号风道导洞,最后进入车站导洞施工,平面尺
寸较大,宽7.7m,长15.7m,井深34m~35.5m。
竖井采用1000mm@1500mm钻孔灌注桩,桩间采用100mm厚C20钢筋混凝土挡土,沿基坑竖向布7道609mm钢管内支撑。
桩顶设置钢筋混凝土冠梁,第一道支撑撑在冠梁上,其余均撑在钢围檩上,钢围檩均采用2根工45C组合型钢。
基坑开挖前必须先降水,降到开挖面下1m处。
1号风道临时施工竖井邻近十号线双井站。
竖井西侧为双井站车站,北侧为双井站东南风道。
车站与竖井相距6m,该结构为地下三层单柱双跨框架结构,埋深21.9m,结构宽18.9m,围护采用φ1000钻孔灌注桩@1500mm,桩长28.43m。
风道与竖井距离为3m,该结构为地下两层框架结构,埋深16m,结构宽10.15m,围护采用φ800钻孔灌注桩@1000mm~1200mm,桩长约18.45m。
2 工况选择
根据1号风道临时施工竖井自身的风险及周边建筑物的关系,下面主要对1号风道临时竖井和竖井对车车站、风道既有结构的影响进行分析。
为了监测既有结构的变形,在车站底部设置监测点,该监测点距地表21m,距竖井28.3m;在风道底部设置监测点,该监测点距地表16.5m,距离竖井13.5m。
3 计算模型和计算参数
为减少边界约束效应,计算范围按左右边界距竖井中心线距离3~5倍边长考虑,底部边界取到竖井深度以下12.5m。
指定沿竖井开挖轴线方向为Z轴负向,竖直向上为Z轴正向,竖井掘进横断面向右方向为X轴正向,整个计算模型在X、Y、Z三个方向尺寸为89m×50m×47m,模型左、右、前、后和下部边界均施加法向约束,地表为自由边界。
围岩及初期支护均采用八节点六面体单元来模拟,模型共划分了159695个节点和150964个单元。
三维计算模型如图2所示。
竖井与车站和风道的位置关系如图3所示。
双井站南端既有结构埋深21.9m,宽18.9m,距竖井6m。
东南风道埋深16m,宽10.15m,距离竖井3m。
图2 三维数值计算模型
图3 竖井与车站和风道的位置关系图
围岩视为摩尔-库仑理想弹塑性材料,支护结构视为弹性材料。
围岩及初支的物理力学参数根据地质资料及现行《铁路隧道设计规范》确定,其物理力学指标如表1和2所示。
表1围岩各层物理力学性能指标
围岩分层
容重/kN·m-3
弹性模量/MPa
泊松比
内聚力/KPa
内摩擦角/°
剪胀角/°
层厚/m
第一层
16.9
36
0.3
19
28
5
5
第二层
20.1
86
0.27
9.3
26
5
10
第三层
20.3
110
0.27
11.6
27
5
15
第四层
20.6
125
0.27
9.6
31
5
10
第五层
20.8
132
0.28
10
33
5
10
表2竖井初期支护和车站、风道物理力学性能指标
材料类型
容重/kN·m-3
弹性模量/GPa
泊松比
内聚力/MPa
内摩擦角/°
剪胀角/°
初期支护
22
28
0.2
-
-
-
车站、风道支护
24
31
0.2
-
-
-
4竖井模拟结果及分析
竖井开挖、支护完成后,竖井支护结构各方向的位移如图4~图6所示。
长度方向(X轴方向)井壁初支变形位移最大为0.28mm,距地表约25m;宽度方向(Y轴负方向)井壁初支变形位移最大为1.77mm,大约距地表25m处。
竖向隆起(Z轴正方向)最大发生在竖井底部,值为16.4mm。
图4 竖井支护结构X方向位移
图5 竖井支护结构Y方向位移
图6 竖井支护结构Z方向位移
竖井开挖0.5m时,施作第1道钢支撑,钢支撑的应力图如图7、图8所示。
钢支撑的最小主应力以压力为主,最大值为0.28MPa,位于横撑中部;最大主应力也以压应力为主,最大值为0.02MPa,位于靠近车站一侧的斜撑和横撑之间的钢围檩上。
图7 第1道钢支撑施作后钢支撑最小主应力(Pa)
图8 第1道钢支撑施作后钢支撑最大主应力(Pa)
竖井开挖5.5m时,施作第2道钢支撑,钢支撑的应力图如图9、图10所示。
钢支撑的最小主应力以压力为主,最大值为1.46MPa,位于第1道横撑中部,第2道钢支撑的最小主应力最大值为0.2MPa,比第1道小得多。
钢支撑的最大主应力以拉应力为主,最大值为0.12MPa,位于第1道钢支撑上,且远离风道一侧的斜撑和横撑之间的钢围檩上,第2道钢支撑最大主应力的最大值为0.04MPa。
第1道钢支撑的最小主应力和最大主应力均比施作时有所增大。
图9 第2道钢支撑施作后钢支撑最小主应力(Pa)
图10 第2道钢支撑施作后钢支撑最大主应力(Pa)
竖井开挖10.0m时,施作第3道钢支撑,钢支撑的应力图如图11、图12所示。
竖井施作第3道钢支撑后,钢支撑的最小主应力以压力为主,最大值为1.83MPa,位于第2道横撑中部;最大主应力以拉应力为主,最大值为0.18MPa,位于第1道钢支撑上,远离风道一侧的斜撑和横撑之间的钢围檩上。
图11 第3道钢支撑施作后钢支撑最小主应力(Pa)
图12 第3道钢支撑施作后钢支撑最大主应力(Pa)
竖井开挖14.0m时,施作第4道钢支撑,钢支撑的应力图如图13、图14所示。
竖井施作第4道钢支撑后,钢支撑的最小主应力以压力为主,最大值为2.55MPa,位于第3道横撑中部;最大主应力以拉应力为主,最大值为0.22MPa,位于第1道钢支撑上,且远离风道一侧的斜撑和横撑之间的钢围檩上。
图13 第4道钢支撑施作后钢支撑最小主应力(Pa)
图14 第4道钢支撑施作后钢支撑最大主应力(Pa)
竖井开挖19.0m时,施作第5道钢支撑,钢支撑的应力图如图15、图16所示。
竖井施作第5道钢支撑后,钢支撑的最小主应力以压力为主,最大值为4.19MPa,位于第4道横撑中部;最大主应力以拉应力为主,最大值为0.29MPa,位于第4道钢支撑上,且靠近风道一侧的斜撑和横撑之间的钢围檩上。
图15 第5道钢支撑施作后钢支撑最小主应力(Pa)
图16 第5道钢支撑施作后钢支撑最大主应力(Pa)
竖井开挖24.0m时,施作第6道钢支撑,钢支撑的应力图如图17、图18所示。
竖井施作第6道钢支撑后,钢支撑的最小主应力以压力为主,最大值为5.61MPa,位于第4、5道横撑中部;最大主应力以拉应力为主,最大值为0.40MPa,位于第5道钢支撑上。
图17 第6道钢支撑施作后钢支撑最小主应力(Pa)
图18 第6道钢支撑施作后钢支撑最大主应力(Pa)
竖井开挖29.0m时,施作第7道钢支撑,钢支撑的应力图如图19、图20所示。
竖井施作第7道钢支撑后,钢支撑的最小主应力以压力为主,最大值为6.71MPa,位于第5、6道横撑中部;最大主应力以拉应力为主,最大值为0.55MPa,位于第5、6道钢支撑上,且靠近风道一侧的斜撑和横撑之间的钢围檩上。
图19 第7道钢支撑施作后钢支撑最小主应力(Pa)
图20 第7道钢支撑施作后钢支撑最大主应力(Pa)
竖井开挖、支护完成后,钢支撑的应力图如图21、图22所示。
钢支撑的最小主应力以压力为主,最大值为8.10MPa,位于第6、7道横撑中部;最大主应力以拉应力为主,最大值为0.55MPa,位于第6、7道钢支撑斜撑和横撑之间的钢围檩上。
随着施工深度的增大,钢支撑的最小主应力和最大主应力都有所增大。
图21 竖井支护完成后钢支撑最小主应力(Pa)
图22 竖井支护完成后钢支撑最大主应力(Pa)
竖井开挖、支护完成后,竖井支护结构的应力图如图23、图24所示。
初支最小主应力以压应力为主,最大值为8.11MPa,发生在竖井第七道横支撑中部,距地表大约29m,最大主应力以压应力为主,最大值为0.55MPa,也发生在第七道钢围檩上,距地表大约29m。
随着深度的增加,最小主应力和最大主应力均有所增大。
图23 竖井支护结构最小主应力(Pa)
图24 竖井支护结构最大主应力(Pa)
5车站数值模拟结果及分析
竖井开挖、支护完成后,车站各方向的位移如图25~图27所示、应力如图28和图29所示。
图25 车站X方向位移
图26 车站Y方向位移
图27 车站Z方向位移
图28 车站最小主应力(Pa)
图29 车站既有结构最大主应力(Pa)
长度方向(X轴负方向)车站位移最大值为0.05mm,发生在车站顶部距风道最远的位置,距离地表大约为4m;宽度方向(Y方向)变形最大为0.02mm,发生在车站底部,距离地表大约为22m。
竖向隆起(Z方向)最大值为0.9mm,发生在靠近竖井一侧,距离地表大约4m。
车站监测点的竖向隆起(Z方向)为0.88mm。
支护最小主应力以压应力为主,最大值为14.2MPa,发生在车站和风道相交的地方,距离地表大约5m,最大主应力以拉应力为主,最大值为0.55MPa,也发生在车站和风道相交的地方,距离地表大约为15m。
6竖井对东南风道的模拟及分析
竖井开挖、支护完成后,风道各方向的位移如图30~图32所示、应力如图33和图34所示。
图30 风道X方向位移
图31 风道Y方向位移
图32 风道Z方向位移
图33 风道最小主应力(Pa)
图34 风道最大主应力(Pa)
长度方向(X轴方向)风道支护结构变形位移最大为0.08mm,距地表大约为4m;宽度方向(Y轴负方向)风道支护结构向风道外变形最大为0.12mm,距离地表大约为13m。
竖向隆起(Z方向)最大值为0.96mm,发生在靠近竖井和车站的部位,且随深度无变化。
风道监测点的竖向隆起(Z方向)为0.89mm。
支护最小主应力以压应力为主,最大值为12.2MPa,发生在风道和竖井相交的部位,距离地表约4m,最大主应力以拉应力为主,最大值为3.4MPa,也在风道和车站相交的地方,距离地表大约15m。
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