南京地铁运营有限责任公司
摘要：随着城市经济的发展，为了缓解城市中心日益恶化的交通情况，于交通堵塞的公路下建设城市地铁已经成为重要的改善交通压力的方式，有效的将客流得到分散，并且也解决了人们“过路难”的状况，提高了安全性。本文主要是通过某市地铁矿山法的施工过程中，展开有关于假定计算模型以及初始应力分析、对地层的简化和选取适当的计算参数几方面工作，对有限元动态施工过程实施三维模拟，并且对于管棚作用下矿山法的施工方案中施工工序以及工艺，导致发生隧道地表沉降构成的重要影响进行深入的探讨。
关键词：地铁隧道；管棚；矿山法；数值模拟分析
我国地铁隧道重要的一种施工方式就是矿山法，但是与此期间产生的有关地表沉降问题是矿山施工方式中一个重要的缺陷，同时，能够对周围的环境造成一定的影响，不容忽视。在地下工程中广泛应用的管棚注浆技术是一种超前支护技术，其具有较强的惯性力矩，起到良好的支护效果，从而降低土体坍塌以及地表下沉等不良状况，确保正常的掘进工作以及后续工作中支护工艺的安全性动作正常进行。
一、有关于仿真计算模型的假定
应用PLAXIS-3D-TUNNEL对于由暗挖施工所导致的隧道围岩发生形状变化的现象进行模拟，同时在计算过程中具有以下的几点要求：首先，选择的材料应用摩尔-库仑准则模型实施计算；其次，假定土层以及地表是以成层均质的水平状态进行分布的，同时在开挖中，步长控制在一米。计算工法开挖期间，被挖掉单位确立是死单元；再次，材料以及地层的应力应变，其变化的区间范围应该保持在弹塑性范围，同时地应力场是因为重力而产生的；接下来，对于地标建筑的荷载问题以及地下水对于隧道开挖期间所产生的一系列影响情况，应用初期支护的结构，于隧道四步台阶的开挖期间，作为临时仰拱，期间长台阶选六米的长度，并且保障同施工的具体情况具有相同性；最后，是于计算过程期间，模拟管棚和小导管注浆加固的作用应用将围岩参数提高的方式进行。
图1 隧道开挖三维图
二、数值模拟的相关原理
在数值模拟的有关原理中，首先需要进行有关的初始地应力的计算：初始地应力{σ0}的计算方式，需要应用有限元计算法以及设定水平侧压力系数法进行计算。于岩石地层,初始地应力具有两部分，一部分是自重地应力，另一部分是构造地应力。在此期间，计算自重地应力的方式，采用有限元法进行获得结果,而构造地应力能够应用假设为均布以及线性分布的方式展开。如果是遇到软土地层,通常情况下，对于初始地应力的计算结果应用水平侧压力系数K0进行计算获得。
有关的材料本构模型内容，在实施计算过程中，围岩需要应用理想弹塑性模型本构关系，与此同时选择的屈服破坏准则应用Mohr-Coulomb屈服准则。
三、工程应用具体分析
选取某市的一段地铁矿山法掘进的区间。将一段路的路程设置为K13+062.6-K13+502.66。在此期间，具有临时施工竖井以及通道、左右线联络通道的相关设计方案。区间设计的具体情况表现为左右线分离情况下的单洞单线形式的隧道，同时左右线隧道的长度具有一致性，保持均在440.20米的长度。
在这一区间内名具有较复杂的形式地貌，为古河道漫滩地貌，这种情况下其基岩具有深掩埋的特点，通常状况下基岩的埋藏深度均在二十六米及以上。同时，具有较多较厚的软弱土层，通常素填土以及杂填土较多，此外在区间的西部方位处，还拥有两层较厚重的新近沉积土。在下面的部位处，存在较多的常见的沉积粉质粘土，以及较多的中粗砂混卵砾石。在基岩的表现上，呈现的是白垩系红层，岩性较多，诸如角砾砂岩、泥质粉砂岩以及粉砂质泥岩，同时具有软硬相间的特征，在极软岩的范畴内，并且能够将围岩进行划分，大致可以分成Ⅳ-Ⅴ类的形式。
在进行隧道的开挖工作之前超前施作的直径具有一定的规范，在此环节中选择将直径选取了160毫米的大管棚以及小导管预支护。与此同时，在结束大管棚超前预注浆的加固地层工作以后，进行单项推进，方向是自北向南。同时控制施工的分段在一定的长度内，此处选择16米-20米的范围内，保障每天的进程在一米及以上，控制进度。施工期间，需要利用较多的方式展开施工作业，包括全断面法、超短台阶法以及长台阶法、短台阶施工。同时确保初期支护能够同隧道开挖展开协调式的施工作业，以及首先进行加固内容，而后实施开挖相关工作。
将计算的宽度设置到32米，其深度设计为25米，同时将隧道拱顶的埋深度设置为13.390米。在此过程中，对于所有的单元都采取平面应变15节点等参单元的形式，同时对于底部边界、左右边界均进行固定约束举措。另外，对于地下水的问题，可以暂时不必考虑此种情况。有关的三维有限元计算模型具体情况如下图1所示。
在应用矿山法的四种工法运用过程中，均于管棚支护情况下开挖以后产生隧道变形位移，于实际的观察中能够得到，全断面法在四种工法中是变形量最严重的，如下图2所示，其向上隆起的程度较高。另外的三种工法，其隆起值均保持在理想范围，进行隧道开挖工作结束以后，实施喷浆加固程序，能够满足地铁隧道施工的要求。
图2 全断面法围岩变型图
结语：
在本次的研究中，通过分析显示，管棚注浆技术于松软地层中能够有效地将岩土层物理力学性质进行提升。能够以在隧道上面进行增加承载力较大的圈层的方式，保障上台阶在开挖期间获得较小的应力，进而圈层能够有效的对围岩的较多松动符合进行承担。通过这种形式，也就有效的降低了地表的沉降值，以及缩小了地表沉降的范围。同时，在矿山法的四种工法中，短台阶法具有较高的安全性，能够有效地控制隧道开挖过程中对于地表产生的沉降问题，具有应用价值。
参考文献：
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[4]蒙蛟.软弱围岩隧道管棚预支护模型试验及受力状态研究[D].北京交通大学,2015.
论文作者:陈文宁
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/11
标签：隧道论文; 应力论文; 围岩论文; 矿山论文; 较多论文; 地表论文; 地层论文; 《基层建设》2016年11期论文;