1、深圳地鐵一期工程益田一香密湖區(qū)間段盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道開挖施工有限元分析計(jì)算書上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院2001年5月28日一總說明應(yīng)駐地經(jīng)理要求，對深圳地鐵一期工程益田一香密湖區(qū)間段盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道開挖施工進(jìn)行有 限元模擬計(jì)算，計(jì)算所用資料依據(jù)深圳地鐵一期工程詳勘益田一香密湖工程地質(zhì)勘察報(bào)告 和施工圖。采用二維有限元施工模擬分析程序。二結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)施工圖，地面標(biāo)高+6.20m，隧道中心線標(biāo)高-10.66m，埋深16.86m。隧道直徑為3000mm,襯 砌外徑3000mm,內(nèi)徑2700mm,砼管片厚度300mm，鋼板襯砌厚度30 mm，結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所 示。計(jì)算范圍取為水平方向和垂直向下各1

2、8m，向上至地表面，計(jì)算區(qū)域和網(wǎng)格剖分如圖2所示。圖1隧道結(jié)構(gòu)尺寸邊界條件為：底部邊界為水平向約束，左右兩側(cè)為垂直方向約束，頂部為自由邊界。計(jì)算隧道開挖 引起的應(yīng)力和位移變化情況。三土層地質(zhì)狀況計(jì)算區(qū)域涉及土層。尸，Q4al，Q4el，號等，從上至下依次為：素填土(Q4ml)： 011m，計(jì)算中取 4m.粘土(Q4al)：局部出露，03m，計(jì)算中取1m。粉質(zhì)粘土中):局部出露，02.7m，計(jì)算中取1m。礫砂、中砂(Q4al):局部出露，06m，計(jì)算中取2m。礫質(zhì)粘土(Q4el)：穩(wěn)定，524.6m，計(jì)算中取16m。風(fēng)化花崗巖(r53):穩(wěn)定，出露厚度大于4.4m。四土層和材料力學(xué)參數(shù)根據(jù)地質(zhì)勘

3、察報(bào)告并作適當(dāng)調(diào)整，得到各土層力學(xué)參數(shù)如表1：表1 土性參數(shù)名稱彈模(kPa)泊松比容重(kN/m3)粘聚力(kPa)內(nèi)摩擦角(度)素填土103600.2518.1044.3025.00粘土607000.4019.0368.5024.00粉質(zhì)粘土608000.3020.1024.0028.30中砂、礫砂660000.2519.4028.0032.00礫質(zhì)粘土1000000.3117.9029.6023.90風(fēng)化花崗巖1800000.1718.1031.0016.50結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)取值如表2：表2結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)名稱彈模(kPa)截面積(m2)容重(kN/m3)鋼支撐：2000000000.00830

4、378.0000混凝土管片300000000.325.0000鋼板2000000000.030078.0000五施工過程的模擬考慮三種施工階段(工況)：盾構(gòu)推過后，內(nèi)部襯砌安裝完成，還沒有拆除通道處鋼板，尚未支撐;內(nèi)部襯砌 安裝完成，拆除通道處鋼板，并設(shè)置支撐；通道施工完成，并拆除支撐后的永久工況。六計(jì)算結(jié)果(一)工況一：盾構(gòu)推過后，內(nèi)部襯砌安裝完成，還沒有拆除通道處鋼板尚未支撐圖3位移(D =-1.205mm,D=-7.488mm)圖4主應(yīng)力O 1（單位：kPa）圖例6-576.59-547.76-518.93-490.10461.27432.44403.61II-345.95I1-317.

5、15II-259.-17II-230.64201.81172.98144.15115.3286.4957.66圖5 主應(yīng)力O 2（單位：kPa）11.68I I35.04I I46.73I 158.41I 170.09I 181.7?I |93.45I 1105.13I 1116.82I 11 8.50I 1140.18I 1175.55I 1156.90I1198.59I1510.57I 1151.86I 1163.54圖6最大剪應(yīng)力Tmax（單位：kPa）圖7襯砌彎矩和剪力（單位：kN.m和kN）圖8襯砌軸力（單位：kN）（二）工況二：在開洞處拆除鋼板并設(shè)置支撐后:圖 9 位移(Dxmax

6、_3.724mm, Dzmax=9.684mm)102.7974.691S.4S466.16440.051-496.26I 1-411.95187.11159.00130.90圖例圖10主應(yīng)力a 1（單位：kPa）0-31-682.25648.146U.03579.91545.80511.69477.58443.46409.35375.24341.13307.01272.90238.79204.66170.56136.45102.34圖11主應(yīng)力。2（單位：kPa）圖13襯砌彎矩和剪力（單位：kN.m和kN）圖14襯砌軸力和支撐軸力（單位：kN）（三）工況三：通道施工完成，并拆除支撐后O1 -

7、203.51 -199.38 -175.25II-161.1SI|-14-6.99I1-135.87II-11&.74I1-104.61II-9U.48II-76.36|I-62.23|1-18.10I1-33.97II-19.S4I1-5.72I1；土41Ii 況 54I|：jb.67II5U.79qp a-603.58-543.22J-513.04-482.86-452.68-422.51j-39233-362.15-331.97-301.79-24143-211.25J-181.07-120.72I1-90.54I1-60.36圖17主應(yīng)力O 2（單位：kPa）圖例-3.5212.532

8、8.57J44.E.260.6676.7192.76108.80124.85140.89156.94172.99J189.03J205.08I1221.12I|2：j7.17P1圖19襯砌彎矩和剪力（單位：kN.m和kN）圖20襯砌軸力（單位：kN）七結(jié)果分析從以上各施工階段的模擬計(jì)算可知，土體位移在工況二，即拆除鋼板后為最大，且主要表現(xiàn)為 垂直方向的變形，由于支撐及時(shí)，位移并不很大，最大值為Dxmax=3.724mm，Dzmax=9.684mm，土 體應(yīng)力和結(jié)構(gòu)內(nèi)力的最大值也出現(xiàn)在工況二，由于支撐的作用阻止了土體和結(jié)構(gòu)的變形，故在隧道 周邊形成應(yīng)力集中（見圖10-12）。因?yàn)樽冃我源怪狈较驗(yàn)橹?，水平方向的支撐不起作用，?jì)算中采用 施工方傳真回來的支撐方案，但計(jì)算結(jié)果表明，襯砌的彎矩偏大，無法配筋，所以，在原方案基礎(chǔ) 上另設(shè)兩根垂直方向的支撐（如圖14所示），共有5根鋼支撐，最大支撐軸力為37.242噸。最大彎 矩為16.8噸.m,最大軸力76.64噸。工況三，聯(lián)絡(luò)通道施工完成后，由