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1、云 沈 区 间数 值 分 析 计 算 报 告二零零九年 九月 二日目 录1. 工程概况1.1 工程概述1.2 区间隧道结构型式及主要建筑材料2. 计算内容3. 计算依据4. 计算与分析4.1 计算方法基本原理4.2 材料本构关系4.3 模型的建立4.2 地层情况5. 盾构区间下穿水塔计算与结论5.1 平剖面图及土层参数5.2 计算工况5.3 计算结果5.4 结论6. 盾构区间下穿高架候车室计算与结论6.1 平剖面图及土层参数6.2 计算工况6.3 计算结果6.4 结论7. 建议沈阳地铁一号线一期工程云峰北街站沈阳站盾构区间结构计算1. 工程概况1.1 工程概述孕峰北街站沈阳站区间，从云峰北街站
2、起，穿越云峰北街，沿线经过云峰北街站沈阳站区间，从云峰北街站起，穿越云峰北街，沿线经过沈阳市三橡轮胎有限责任公司、沈阳市第二锻造厂、横穿兴工北街、向东北下穿沈阳火车站所有铁路股道（有正线、到发线、调车线、货物线、专用线等40余条线路）、高架候车室及进站通道和主站房第三候车室至沈阳站站止。线间距13m25m，线路纵向呈“”型坡，隧道结构底最大埋深22.25m（覆土厚度17.39m）、最小埋深10.83m（覆土厚度5.97m）。沈阳站第三候车室和高架进站通道均为桩基础，线路穿越地层大部分为砾砂。1.2 区间隧道结构型式及主要建筑材料云峰北街站沈阳站区间隧道采用盾构法施工，隧道为单圆结构，断面采用单
3、层钢筋混凝土装配式衬砌，衬砌圆环采用1.2m的宽度，内径为5400mm，外径为6000mm，管片厚度为300mm。衬砌管片的混凝土为 C50，S8。2. 计算内容本次计算选取云峰北街站沈阳站区间的几个重点地段隧道下穿水塔、高架候车室两个断面进行计算，采用有限差分数值分析法对隧道整个施工过程进行动态模拟分析，得出每一步开挖工序地层的位移情况。3. 计算依据地铁设计规范GB50157-2003建筑结构荷载规范GB50009-2001建筑地基基础设计规范GB50007-2002云峰北街站沈阳站区间地质报告沈阳地铁1号线初步设计文件4. 计算与分析4.1 计算方法基本原理采用二维连续介质快速拉格朗日差
4、分法（FLAC2D）。二维的FLAC程序将计算区域内的介质划分为若干个二维单元，单元之间以节点相互连接。对某一个节点施加荷载之后，该节点的运动方程可以写成时间对步长的有限差分形式。在某一个微小的时段内，作用于该节点的荷载只对周围的若干节点（例如相邻的节点）有影响。根据单元节点的速度变化和时段，程序可以求出单元之间的相对位移，进而可以求出单元应变；根据单元材料的本构方程应可以求出单元应力。随着时段的增长，这一过程将扩展到整个计算范围，直到边界。FLAC程序会将计算单元之间的不平衡力，然后，将此不平衡力重新加到各节点上，再进行下一步的迭代运算，直到不平衡力足够小或者各节点位移趋于平衡为止。4.2
5、材料本构关系计算中围岩采用理想弹塑性模型本构关系，屈服破坏准则选用Mohr-Coulomb屈服准则。莫尔库仑破坏准则反应岩土材料的剪切破坏特性与实际破坏情况较为符合。其剪切破坏屈服函数和拉伸破坏屈服函数分别为： (1) (2)其中， (3)式中C、分别是岩土的粘聚力和内摩擦角，、分别为最大主应力和最小主应力。4.3 模型的建立根据地质和设计资料建立模型。计算过程中，衬砌采用LINER单元模拟。左右边界水平方向约束，底端竖向约束，上端自由。根据隧道围岩特征，数值模拟采用弹塑性本构模型、Mohr-Coulomb屈服准则以及大应变变形模式，由围岩自重形成初始地应力场。围岩应力开挖释放25%，二次衬砌
6、释放75%。4.4 地层情况沈阳地区地貌上属于浑河冲洪积扇，地势平坦， 沈阳市的第四纪地层相对较厚，其下基岩为前震旦系花岗片麻岩。下更新统上部为坡、洪积砂砾石层，下部为冰水沉积，冰水沉积层的下部为棕红色粘土，并含有砾石，底部为灰白色粘土，含有30%左右砾石；中更新统为冲洪积相沉积，上部为棕红色砂砾石，砾石含量多，偶夹有较薄的棕红色粘土层，下部为棕黄色粘土；上更新统上部为冲洪积形成的棕黄色、黄褐色粉质粘土，下部为冲洪积形成的砂砾石层，底部的圆砾层混粘性土较多；全新统冲积相地层上部为粉质粘土、中、粗砂，下部为砾砂、圆砾层，局部为卵石层。 其中穿越水塔范围主要地层为：杂填土、中粗砂，砾砂；穿越股道范
7、围主要地层为：杂填土、中粗砂、砾砂；穿越高架候车室范围主要地层为：杂填土、粉质粘土、中粗砂、砾砂。5. 盾构区间下穿水塔5.1 平剖面图及土层参数盾构区间下穿水塔的平、剖面图如下图所示，地质参数如表所示。盾构区间下穿水塔平面图盾构区间下穿水塔剖面图各土层主要物理力学特性表层号岩土名称天然重度（kN/m3）粘聚力c（kPa）内摩擦角（o）弹性模量E（MPa/m）杂填土-3中、粗砂17.93.729.822-4砾 砂18.75.13635-5圆砾20.52.035.035-3中、粗砂19.59.334.225-4砾砂20.1434385.2 计算工况根据区间隧道的施工工序，将隧道的整个施工过程分成
8、2个施工步分别进行计算。 施工步骤一：左线通过施工步1 左线完成推进施工步骤二：右线通过施工步2 右线完成推进5.3 计算结果根据施工步骤，对各步骤的位移进行整理，结果见下图。施工步1总位移矢量图施工步1竖向位移填色图施工步1 左洞开挖后地表沉降曲线图施工步1 左洞开挖后基础沉降曲线图施工步1水平向位移填色图施工步2总位移矢量图施工步2竖向位移填色图施工步2地表沉降曲线图施工步2基础底沉降曲线图施工步2水平向位移填色图5.4 结论在盾构区间下穿水塔的计算结果中，左线完成推进时引起的地面最大沉降量为5.861mm，位于左线隧道的正上方地面处，水塔基础底的最大沉降量为5.862mm，位于靠近左线侧
9、的角点，靠近右线侧角点的最大沉降量为0.951mm, 倾斜值为0.000195， 两条线均施工完成时引起的地面和基础的最大沉降量均为9.309mm，均位于区间隧道左线以左部位，倾斜值为0.000086。右线推进完成时的地面水平最大位移为1.871mm，移向左线侧；两条线均施工完成时的水平最大位移为2.502mm，移向右线侧。水塔基础的沉降量和倾斜值均满足建筑地基基础设计规范沉降量400mm和倾斜值0.005的要求。6. 盾构区间下穿高架候车室计算与结论6.1平剖面图及土层参数 盾构区间下穿高架候车室的平、剖面图如图所示，地质参数如表所示。盾构区间下穿高架候车室平面图盾构区间下穿高架候车室剖面图
10、各土层主要物理力学特性表层号岩土名称天然重度（kN/m3）粘聚力c（kPa）内摩擦角（o）弹性模量E（MPa/m）杂填土-1粉质粘土19.241.811.218-3中、粗砂17.93.729.822-4砾 砂18.75.13635-4-5中、粗砂20.523545-4砾 砂18.75.13635-4-5圆 砾20.553548-4砾 砂20.1434386.2 计算工况根据区间隧道的施工工序，将隧道的整个施工过程分成2个施工步分别进行计算。 施工步骤一：左线通过施工步1 左线完成推进施工步骤二：右线通过施工步2 右线完成推进6.3 计算结果根据施工步骤，对各步骤的位移进行整理，结果见下图。 施
11、工步1总位移矢量图施工步1竖向位移填色图施工步1左洞开挖后地面沉降曲线图施工步1左洞开挖后桩底处沉降曲线图施工步1水平向位移填色图施工步2总位移矢量图施工步2竖向位移填色图施工步2左右洞开挖后地面沉降曲线图施工步2左右洞开挖后桩底处沉降曲线图施工步2水平向位移填色图6.4 结论在盾构区间下穿高架候车室的计算结果中，左线完成推进时引起的地面最大沉降量为9.43mm，位于左线隧道正上方的地面处；两条线均施工完成时引起的地面最大沉降量为12.31mm，位于右线正上方的地面处；区间隧道左右线中间部位上方的地面沉降也基本达到了11mm。左线推进完成时，从左至右四根桩桩底的沉降值分别为7.296mm、6.
12、729 mm、2.623 mm和0.829 mm；桩顶的最大水平位移为3.017mm，桩底的最大水平位移为1.145mm，最大倾斜值为0.00032。两条线均施工完成时，从左至右四根桩桩底的沉降值分别为8.80mm、10.60mm、10.31 mm和7.76mm；桩顶的最大水平位移为4.91mm，桩底的最大水平位移为1.222mm，最大倾斜值为0.00049。以上计算结果均满足建筑地基基础设计规范中整体倾斜0.004和相邻桩基沉降差10mm的要求。7. 建议以上的结果是在理想施工状态下计算所得出的，由于施工推进速度、衬砌背后注浆质量等因素的影响，可能会出现超过计算的变形值，所以在施工的全过程中均应加强对建筑物的监控量测，必要时采取一定的保护措施。 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）