青岛地铁1号线过海区间隧道大断面优化设计
发布时间：2021-11-28 11:50
海底隧道不同于山岭隧道,不仅承受围岩的压力,还要承受孔隙水压力的长期作用。以青岛地铁1号线瓦屋庄站-贵州路站过海区间为例,选取3种隧道断面形式,利用FLAC3D和MIDAS软件进行数值模拟。分别从渗流场、应力场、围岩塑性区、衬砌内力等方面对3种断面形式进行结构分析,然后再从经济方面进行进一步论证得到断面3为最优断面。最后将实际工程监测数据与数值模拟数据相对比,得到数值模拟与实际工程存在较小误差,证明断面3为最优断面。
【文章来源】：人民长江. 2020,51(S1)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
运算模型网格划分
区间隧道断面设计应综合考虑区间隧道的建筑限界、结构受力变形以及施工经济性等因素。结合隧道衬砌弯矩最大一般出现在拱顶和拱底位置，并参照国内海底隧道开挖断面形式，对青岛地铁1号线过海区间隧道马蹄形断面提出3种优化方案：(1)断面1为顶部扁平马蹄形断面，该断面面积较大，考虑到隧道顶部扁平，拱顶位置受力更为均匀；(2)断面2为由三心圆组成的马蹄形断面，在国内主要城市广泛应用[14-15]，在实际工程中采用该断面；(3)断面3采用4段圆弧组成的，断面开挖面积最小；各类隧道断面如图2所示。3 各类隧道断面方案数值模拟分析
图3为断面2开挖前后孔隙水压力在断面Y=40m处的变化云图。由图3可知，隧道施工对围岩的扰动和渗流场的影响，四周围岩孔隙水压力均产生了一定的下降，地下水从围岩四周向隧洞内渗透。数值模拟时，设置隧洞内部孔隙水压力为零，而四周围岩存在一定的孔隙水压力，故两者之间存在一定的孔隙水压力差，因而改变了地层的渗流场，形成了一个以隧道开挖区域为中心的漏斗状的渗流场分布形状。由于3种断面埋深相同，通过3种断面进行开挖产生的隧道周围孔隙水压力值差距并不大，所以本文只列出了断面2的孔隙水压力云图。施工过程中应注意两侧拱脚的防排水问题。分别在监测断面Y=40 m处的拱顶和拱底设立2个测点来观察3种断面在此处的渗流应力随开挖时间的变化情况。3种断面的测点孔隙水压力随开挖时间的变化如图4所示。由图4可知，不管在拱顶还是拱底，3种断面测点的孔隙水压力总体上都是减小的，但在各个阶段减小的速度不同，在开挖起初，孔隙水压力几乎不变，隧洞开挖越接近该断面孔隙水压力减小的越快，当开挖至该断面时，孔隙水压力降低十分明显，随着开挖的继续，孔隙水压力也有所降低，但渐渐趋于平稳。而且测点孔隙水压力的降幅也有差别，拱顶下降幅度略大于拱底。总体来说在开挖完成后3种断面孔隙水压力值大体一致，隧洞围岩孔隙水压力的变化直接关乎到围岩有效应力的变化，进而会影响围岩应力场的分布，并将影响到围岩的变形。
【参考文献】：
期刊论文
[1]青岛地铁上软下硬岩层区间隧道断面设计优化[J]. 刘鹏,王冲. 城市轨道交通研究. 2017(09)
[2]超孔隙水压力作用下某隧洞稳定数值模拟研究[J]. 佟文韬. 水科学与工程技术. 2017(02)
[3]地下洞室开挖扰动区研究进展[J]. 李扬帆,盛谦,张勇慧,朱泽奇,陆定杰. 地下空间与工程学报. 2013(S2)
[4]考虑流变效应的高地应力软岩隧道断面形态优化研究[J]. 田洪铭,陈卫忠,郑朋强,于建新. 岩土力学. 2013(S2)
[5]龙潭湾大跨径隧道断面形状优化设计研究[J]. 余世根,刘文玉,沈刚,张立富,易毅. 现代隧道技术. 2012(05)
[6]海底隧道支护结构受力特征的模型试验研究[J]. 谭忠盛,曾超,李健,杜朝伟,张鹏. 土木工程学报. 2011(11)
[7]大跨公路隧道断面优化设计研究[J]. 刘尧军,高桂凤,冯卫星. 辽宁交通科技. 2004(02)
博士论文
[1]海底隧道不良地质段围岩稳定性分析及其控制[D]. 潘建立.北京交通大学 2016
[2]海底隧道围岩稳定性分析与控制研究[D]. 李鹏飞.北京交通大学 2011
[3]海底隧道衬砌水压力及结构受力特征研究[D]. 杜朝伟.北京交通大学 2011
[4]钻爆法海底隧道建设期工程安全风险分析及控制[D]. 李兵.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]新建地铁下穿既有区间隧道的暗挖工法对沉降变形的影响分析[D]. 李越.北京交通大学 2017
[2]北京新建地铁工程穿越既有线方案及暗挖工法研究[D]. 路开锋.清华大学 2013
[3]海底隧道开挖非线性流固耦合分析[D]. 曹刚.北京交通大学 2013
[4]沈阳地铁隧道暗挖区间施工稳定性研究[D]. 蔡晓丽.东北大学 2008
本文编号：3524372
【文章来源】：人民长江. 2020,51(S1)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
运算模型网格划分
区间隧道断面设计应综合考虑区间隧道的建筑限界、结构受力变形以及施工经济性等因素。结合隧道衬砌弯矩最大一般出现在拱顶和拱底位置，并参照国内海底隧道开挖断面形式，对青岛地铁1号线过海区间隧道马蹄形断面提出3种优化方案：(1)断面1为顶部扁平马蹄形断面，该断面面积较大，考虑到隧道顶部扁平，拱顶位置受力更为均匀；(2)断面2为由三心圆组成的马蹄形断面，在国内主要城市广泛应用[14-15]，在实际工程中采用该断面；(3)断面3采用4段圆弧组成的，断面开挖面积最小；各类隧道断面如图2所示。3 各类隧道断面方案数值模拟分析
图3为断面2开挖前后孔隙水压力在断面Y=40m处的变化云图。由图3可知，隧道施工对围岩的扰动和渗流场的影响，四周围岩孔隙水压力均产生了一定的下降，地下水从围岩四周向隧洞内渗透。数值模拟时，设置隧洞内部孔隙水压力为零，而四周围岩存在一定的孔隙水压力，故两者之间存在一定的孔隙水压力差，因而改变了地层的渗流场，形成了一个以隧道开挖区域为中心的漏斗状的渗流场分布形状。由于3种断面埋深相同，通过3种断面进行开挖产生的隧道周围孔隙水压力值差距并不大，所以本文只列出了断面2的孔隙水压力云图。施工过程中应注意两侧拱脚的防排水问题。分别在监测断面Y=40 m处的拱顶和拱底设立2个测点来观察3种断面在此处的渗流应力随开挖时间的变化情况。3种断面的测点孔隙水压力随开挖时间的变化如图4所示。由图4可知，不管在拱顶还是拱底，3种断面测点的孔隙水压力总体上都是减小的，但在各个阶段减小的速度不同，在开挖起初，孔隙水压力几乎不变，隧洞开挖越接近该断面孔隙水压力减小的越快，当开挖至该断面时，孔隙水压力降低十分明显，随着开挖的继续，孔隙水压力也有所降低，但渐渐趋于平稳。而且测点孔隙水压力的降幅也有差别，拱顶下降幅度略大于拱底。总体来说在开挖完成后3种断面孔隙水压力值大体一致，隧洞围岩孔隙水压力的变化直接关乎到围岩有效应力的变化，进而会影响围岩应力场的分布，并将影响到围岩的变形。
【参考文献】：
期刊论文
[1]青岛地铁上软下硬岩层区间隧道断面设计优化[J]. 刘鹏,王冲. 城市轨道交通研究. 2017(09)
[2]超孔隙水压力作用下某隧洞稳定数值模拟研究[J]. 佟文韬. 水科学与工程技术. 2017(02)
[3]地下洞室开挖扰动区研究进展[J]. 李扬帆,盛谦,张勇慧,朱泽奇,陆定杰. 地下空间与工程学报. 2013(S2)
[4]考虑流变效应的高地应力软岩隧道断面形态优化研究[J]. 田洪铭,陈卫忠,郑朋强,于建新. 岩土力学. 2013(S2)
[5]龙潭湾大跨径隧道断面形状优化设计研究[J]. 余世根,刘文玉,沈刚,张立富,易毅. 现代隧道技术. 2012(05)
[6]海底隧道支护结构受力特征的模型试验研究[J]. 谭忠盛,曾超,李健,杜朝伟,张鹏. 土木工程学报. 2011(11)
[7]大跨公路隧道断面优化设计研究[J]. 刘尧军,高桂凤,冯卫星. 辽宁交通科技. 2004(02)
博士论文
[1]海底隧道不良地质段围岩稳定性分析及其控制[D]. 潘建立.北京交通大学 2016
[2]海底隧道围岩稳定性分析与控制研究[D]. 李鹏飞.北京交通大学 2011
[3]海底隧道衬砌水压力及结构受力特征研究[D]. 杜朝伟.北京交通大学 2011
[4]钻爆法海底隧道建设期工程安全风险分析及控制[D]. 李兵.北京交通大学 2010
硕士论文
[1]新建地铁下穿既有区间隧道的暗挖工法对沉降变形的影响分析[D]. 李越.北京交通大学 2017
[2]北京新建地铁工程穿越既有线方案及暗挖工法研究[D]. 路开锋.清华大学 2013
[3]海底隧道开挖非线性流固耦合分析[D]. 曹刚.北京交通大学 2013
[4]沈阳地铁隧道暗挖区间施工稳定性研究[D]. 蔡晓丽.东北大学 2008
本文编号：3524372
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