D0I:10.13374/i.issnl00103.2007.03.002 第29卷第3期 北京科技大学学报 Vol.29 No.3 2007年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing ar.2007 北京地铁五号线近接玉蜓桥施工的力学行为研究 宋卫东)王永清)马鹏姣)杜建华)张继清) 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教有部重点实验室，北京1000832)铁道第三勘察设计院，天津300142 摘要以北京地铁五号线近接玉蜓桥施工为工程背景，运用三维有限元程序ANSYS对地铁区间隧道的开挖过程进行模 拟，分析隧道开挖对玉蜓桥桥台及地面环境的影响，并将计算结果与实测结果进行对比分析·结果表明，按照设计要求施工， 地铁五号线近接玉蜓桥施工时，对地面环境和桥台的影响均可控制在设计允许的范围之内，无需采取额外的预加固措施， 关键词地铁五号线：区间隧道：近接施工：力学行为 分类号TU435:U231+.3 随着地下空间的广泛利用和城市地铁轨道交通 的发展，必然会有越来越多地近接既有地下结构物 2计算模型 进行近接施工的工程.由于像隧道这样的地下工程 有限单元法作为一种强有力的数值分析方法， 或岩土工程对开挖比较敏感，易受扰动，当新旧结构 已经被广泛应用于许多工程分析和模拟中，利用三 物比较接近时，如果不采取专门措施，则新建物的施 维有限元来模拟的地铁区间，能比较真实地反映工 工将会对既有结构产生不利影响，如结构承载能力 程实际，提供结构变化规律，从而为设计方案和施工 下降甚至破坏，变形过大或不均匀沉降造成周边建 方案的选择提供理论参考，减少施工风险，保证施工 (构)筑物破损或不能正常使用等，这类问题已经引 安全顺利地进行 起了地下工程界和岩土工程界的广泛重视.日本已 本文利用大型三维有限元程序ANSYS,结合正 将近距离条件下地下结构施工定义为“邻接施工影 在建设的北京地铁五号线，分析了区间近接施工对 响问题”，给予高度重视，随着我国地铁交通事业的 玉蜓桥桥台及地面环境的影响， 飞速发展，近距离施工问题也大量涌现，给设计和施 2.1最不利工况的确定 工带来了极大难题].地铁开挖的研究方法主要 根据设计施工图资料，可确定出五号线邻接玉 包括：现场实测分析刊、物理模型实验和数值模 蜓桥桥台施工的最不利工况为左线里程K3十 拟计算[0]等. 951.968处，两者的平面位置关系如图1所示，桥台 1 工程概况 1离隧道左线中线水平距离仅有0.1m 2.2模型设计 北京地铁五号线天坛东站一蒲黄榆站区间从标 为了减少计算量并满足实际计算需要，对整个 段起点（里程K3十104）以线间距14.8m的两个单 结构进行了必要的简化：截取受穿越段施工影响较 洞形式下穿越蒲黄榆路并向北延伸，在玉蜓桥前线 大的范围作为计算域；地表作用30kPa的均布荷载 间距逐渐变大分叉（左右线间距为30.2m)经玉蜓 (地面静载和车动载荷分别按10和20kPa考虑)： 桥立交桥两侧，穿过南二环路、京广铁路、南护城河 每个桥台作用有200kPa的均布荷载（桥面人行荷 以及南护城河桥后，线间距逐渐变为16.8m,然后 载、桥面自重、桥柱自重、桥台自重)·计算模型如 沿天坛东门站进入北京市旧城区，在左线K3十 图2和图3所示，对于结构土体选用S0LID45单 951.968处上部为玉蜓桥桥台，左线隧道中线距桥 元，本构关系采用DP准则.隧道混凝土衬砌及桥 台的水平距离仅为0.1m,穿越后桥台的位移变化、 台选用SOLID65单元，本构关系采用CONCRETE 相应的地表沉降均是未知的，从而造成施工时的 模型 风险 2.3计算参数的选取 收稿日期：2005-12-26修回日期：2006-03-07 根据《天坛东门站地质纵断面图》的工程地质描 基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(Na~NCET一 述，将其综合归并为三层土体，具体为人工堆积层 04-0102) 作者简介：宋卫东(1966一)，男，教授，博士生导师 Q(由粉土、素填土、杂填土、炉灰、圆砾土组成)、第
北京地铁五号线近接玉蜓桥施工的力学行为研究 宋卫东1） 王永清1） 马鹏姣1） 杜建华1） 张继清2） 1） 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 2） 铁道第三勘察设计院天津300142 摘 要 以北京地铁五号线近接玉蜓桥施工为工程背景运用三维有限元程序 ANSYS 对地铁区间隧道的开挖过程进行模 拟分析隧道开挖对玉蜓桥桥台及地面环境的影响并将计算结果与实测结果进行对比分析．结果表明按照设计要求施工 地铁五号线近接玉蜓桥施工时对地面环境和桥台的影响均可控制在设计允许的范围之内无需采取额外的预加固措施． 关键词 地铁五号线；区间隧道；近接施工；力学行为 分类号 TU435；U231＋∙3 收稿日期：20051226 修回日期：20060307 基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目（No．NCET－ 04－0102） 作者简介：宋卫东（1966－）男教授博士生导师 随着地下空间的广泛利用和城市地铁轨道交通 的发展必然会有越来越多地近接既有地下结构物 进行近接施工的工程．由于像隧道这样的地下工程 或岩土工程对开挖比较敏感易受扰动当新旧结构 物比较接近时如果不采取专门措施则新建物的施 工将会对既有结构产生不利影响如结构承载能力 下降甚至破坏变形过大或不均匀沉降造成周边建 （构）筑物破损或不能正常使用等．这类问题已经引 起了地下工程界和岩土工程界的广泛重视．日本已 将近距离条件下地下结构施工定义为“邻接施工影 响问题”给予高度重视．随着我国地铁交通事业的 飞速发展近距离施工问题也大量涌现给设计和施 工带来了极大难题［1－3］．地铁开挖的研究方法主要 包括：现场实测分析［4］、物理模型实验［5］ 和数值模 拟计算［6－10］等． 1 工程概况 北京地铁五号线天坛东站－蒲黄榆站区间从标 段起点（里程 K3＋104）以线间距14∙8m 的两个单 洞形式下穿越蒲黄榆路并向北延伸在玉蜓桥前线 间距逐渐变大分叉（左右线间距为30∙2m）经玉蜓 桥立交桥两侧穿过南二环路、京广铁路、南护城河 以及南护城河桥后线间距逐渐变为16∙8m然后 沿天坛东门站进入北京市旧城区．在左线 K3＋ 951∙968处上部为玉蜓桥桥台左线隧道中线距桥 台的水平距离仅为0∙1m穿越后桥台的位移变化、 相应的地表沉降均是未知的从而造成施工时的 风险． 2 计算模型 有限单元法作为一种强有力的数值分析方法 已经被广泛应用于许多工程分析和模拟中利用三 维有限元来模拟的地铁区间能比较真实地反映工 程实际提供结构变化规律从而为设计方案和施工 方案的选择提供理论参考减少施工风险保证施工 安全顺利地进行． 本文利用大型三维有限元程序 ANSYS结合正 在建设的北京地铁五号线分析了区间近接施工对 玉蜓桥桥台及地面环境的影响． 2∙1 最不利工况的确定 根据设计施工图资料可确定出五号线邻接玉 蜓桥桥台施工的最不利工况为左线里程 K3＋ 951∙968处两者的平面位置关系如图1所示桥台 1离隧道左线中线水平距离仅有0∙1m． 2∙2 模型设计 为了减少计算量并满足实际计算需要对整个 结构进行了必要的简化：截取受穿越段施工影响较 大的范围作为计算域；地表作用30kPa 的均布荷载 （地面静载和车动载荷分别按10和20kPa 考虑）； 每个桥台作用有200kPa 的均布荷载（桥面人行荷 载、桥面自重、桥柱自重、桥台自重）．计算模型如 图2和图3所示．对于结构土体选用 SOLID45单 元本构关系采用 D－P 准则．隧道混凝土衬砌及桥 台选用 SOLID65单元本构关系采用 CONCRETE 模型． 2∙3 计算参数的选取 根据《天坛东门站地质纵断面图》的工程地质描 述将其综合归并为三层土体具体为人工堆积层 Q ml 4 （由粉土、素填土、杂填土、炉灰、圆砾土组成）、第 第29卷 第3期 2007年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．3 Mar．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．03．002
.252. 北京科技大学学报 第29卷 ☑ 2☑ k05 l05 1.8 3.8 302 图1最不利工况示意图（单位：m) Fig-I Sketch of the construct worst-case situation (unit:m) 砂、细中砂组成)，依据其组分按厚度加权平均处理 获得土层主要力学性质指标，见表1.支护参数如 表2所示·值得指出的是，本标段采用注浆长管棚 预支护，管棚位置为拱部107°范围，每管棚段长度 为20m, 图2计算模型 Fig-2 Geometry of the computation model 四纪全新世冲洪积层Q}1+(由圆砾土、粉土、粉质 粘土、粉细砂、中粗砂组成)、第四纪晚更新世冲洪积 图3区间隧道网格划分示意图 层Q(由粉质粘土、粘土、粉土、卵石圆砾、粉细 Fig.3 Sketch of finite mesh of the tunnel section 表1土层力学性质指标 Table 1 Mechanical parameters of soil layers 土层 层厚/m 弹性模量/MPa 泊松比 密度/(kgm一3) 内聚力/kPa 内摩擦角/（°） 人工堆积层 2.0 3.00 0.38 1800 45.0 20.0 第四纪全新世冲洪积层 12.0 4.89 0.32 1890 76.0 26.2 第四纪晚更新世冲洪积层 25.8 6.72 0.35 1810 83.0 27.5 2.4隧道开挖顺序的模拟 2.5计算分析过程 在拱部超前小导管注浆加固地层完成后，进行 (1)模拟形成初始地应力场，并将初始应力写 隧道开挖施工，采用台阶分部开挖法，由于隧道断面 成初应力文件 较小，仅为5.8m×7.2m,模拟时将每一个断面分为 (2)将初应力文件读入原始模型，对初始应力 三步依次开挖成形，纵向每2m为一个开挖步距， 场位移清零. 具体施工顺序如图4所示， (③)用单元生死功能模拟隧道开挖过程
图1 最不利工况示意图（单位：m） Fig．1 Sketch of the construct worst-case situation （unit：m） 图2 计算模型 Fig．2 Geometry of the computation model 四纪全新世冲洪积层 Q 1a1＋pl 4 （由圆砾土、粉土、粉质 粘土、粉细砂、中粗砂组成）、第四纪晚更新世冲洪积 层 Q al＋pl 3 （由粉质粘土、粘土、粉土、卵石圆砾、粉细 砂、细中砂组成）．依据其组分按厚度加权平均处理 获得土层主要力学性质指标见表1．支护参数如 表2所示．值得指出的是本标段采用注浆长管棚 预支护管棚位置为拱部107°范围每管棚段长度 为20m． 图3 区间隧道网格划分示意图 Fig．3 Sketch of finite mesh of the tunnel section 表1 土层力学性质指标 Table1 Mechanical parameters of soil layers 土层 层厚／m 弹性模量／MPa 泊松比 密度／（kg·m －3） 内聚力／kPa 内摩擦角／（°） 人工堆积层 2∙0 3∙00 0∙38 1800 45∙0 20∙0 第四纪全新世冲洪积层 12∙0 4∙89 0∙32 1890 76∙0 26∙2 第四纪晚更新世冲洪积层 25∙8 6∙72 0∙35 1810 83∙0 27∙5 2∙4 隧道开挖顺序的模拟 在拱部超前小导管注浆加固地层完成后进行 隧道开挖施工采用台阶分部开挖法由于隧道断面 较小仅为5∙8m×7∙2m模拟时将每一个断面分为 三步依次开挖成形纵向每2m 为一个开挖步距． 具体施工顺序如图4所示． 2∙5 计算分析过程 （1） 模拟形成初始地应力场并将初始应力写 成初应力文件． （2） 将初应力文件读入原始模型对初始应力 场位移清零． （3） 用单元生死功能模拟隧道开挖过程． ·252· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第3期 宋卫东等：北京地铁五号线近接玉蜓桥施工的力学行为研究 .253. 表2支护参数表 Table 2 Parameters of supports 支护方式 支护措施 材料及规格 支护参数值 小导管 外径43.2mm,0=3.25mm 38.5m 超前支护 小导管注浆 1:1水泥玻璃浆 2.89m3 喷混凝土 喷射C20混凝土 5.10m3 初期支护 钢筋网 6mm,150mm×150mm网格 0.07t 初期支护背后注水泥浆 1.10m3 防水混凝土 C30防水混凝土 5.90m3 钢筋 HPB235 0.09t 二次衬砌 钢筋 HRB335 0.90t 二次衬砌背后注水泥浆 0.52m3 开挖方向、 DMX-0.005115 2 47101316192225 SwMX=-0.000 14 17 20 23 26 9 121518 2124272930 0.00 0.000358 图4隧道模拟开挖顺序 Fig-4 Simulated tunnel excavation sequences 假定隧道开挖形成“毛洞状态”时，洞周围土体 荷载释放40%；二次衬砌形成后，洞周围土体荷载 释放60%.需要指出的是，ANSYS激活“死单元”的 图5地表沉降示意图（单位：m) 效果，不是将杀死的单元从模型中删除，而是将其刚 Fig.5 Sketch of aground surface settlement (unit:m) 度等特性矩阵乘一个很小的因子，死单元的单元荷 载将为零，不对荷载向量生效，将死单元激活，也是 同理，不是在模型上添加新单元，而是将死单元的特 性矩阵恢复， -2 2.6结果分析 (1)通过三维有限元分析，左右线同时开挖完 -3 成后，地表的最大沉降量表现在左右线隧道中线与 4 地表的交汇处，最大约为5.2mm,远远小于环境控 制要求（最大允许值30mm,警界值15mm).纵向方 -50 6 3248 64 80 向，随着开挖步的推进，隧道开挖对地表的影响逐渐 计算时间步长/步 减小，地表的沉降值由5.2mm逐渐减小为1.4mm, 如图5所示，横向上隧道开挖带来的影响以左右线 图6地表沉降历时曲线 Fig.6 Historical curve of aground surface settlement 隧道为中心向两侧逐渐递减，由5.2mm递减为 0.9mm图6绘出了随着开挖步的进行地表沉降值 道端：两桥台的最终沉降量均小于控制要求 的变化.从图中可知开挖的前期，即前30步，地表 (15mm).因此，对桥台而言，隧道开挖对桥台的影 沉降变化较大，而且累计沉降量占最终沉降量的 响很小，是安全的，不需要采取加固措施，另外，由 67%左右 于左线区间隧道在水平方向上穿越1号桥台，而 (2)桥台1,2的沉降变化如图7所示.桥台1 2号桥台离右线隧道的最近距离为1.6m·因此，最 的最大沉降量为4.7mm,表现在近接左侧隧道端； 大沉降量出现在1号桥台上，并且1号桥台由左端 桥台2的最大沉降量为4.2mm,表现在近接右线隧 到右端，随着与左线隧道距离的减小，开挖对其的影
表2 支护参数表 Table2 Parameters of supports 支护方式 支护措施 材料及规格 支护参数值 超前支护 小导管 外径43∙2mmδ＝3∙25mm 38∙5m 小导管注浆 1∶1水泥玻璃浆 2∙89m 3 喷混凝土 喷射 C20混凝土 5∙10m 3 初期支护 钢筋网 ●6mm150mm×150mm 网格 0∙07t 初期支护背后注水泥浆 － 1∙10m 3 防水混凝土 C30防水混凝土 5∙90m 3 二次衬砌 钢筋 HPB235 0∙09t 钢筋 HRB335 0∙90t 二次衬砌背后注水泥浆 － 0∙52m 3 图4 隧道模拟开挖顺序 Fig．4 Simulated tunnel excavation sequences 假定隧道开挖形成“毛洞状态”时洞周围土体 荷载释放40％；二次衬砌形成后洞周围土体荷载 释放60％．需要指出的是ANSYS 激活“死单元”的 效果不是将杀死的单元从模型中删除而是将其刚 度等特性矩阵乘一个很小的因子．死单元的单元荷 载将为零不对荷载向量生效．将死单元激活也是 同理不是在模型上添加新单元而是将死单元的特 性矩阵恢复． 2∙6 结果分析 （1） 通过三维有限元分析左右线同时开挖完 成后地表的最大沉降量表现在左右线隧道中线与 地表的交汇处最大约为5∙2mm远远小于环境控 制要求（最大允许值30mm警界值15mm）．纵向方 向随着开挖步的推进隧道开挖对地表的影响逐渐 减小地表的沉降值由5∙2mm 逐渐减小为1∙4mm 如图5所示．横向上隧道开挖带来的影响以左右线 隧道为中心向两侧逐渐递减由5∙2mm 递减为 0∙9mm．图6绘出了随着开挖步的进行地表沉降值 的变化．从图中可知开挖的前期即前30步地表 沉降变化较大而且累计沉降量占最终沉降量的 67％左右． （2） 桥台12的沉降变化如图7所示．桥台1 的最大沉降量为4∙7mm表现在近接左侧隧道端； 桥台2的最大沉降量为4∙2mm表现在近接右线隧 图5 地表沉降示意图（单位：m） Fig．5 Sketch of aground surface settlement （unit： m） 图6 地表沉降历时曲线 Fig．6 Historical curve of aground surface settlement 道 端；两 桥 台 的 最 终 沉 降 量 均 小 于 控 制 要 求 （15mm）．因此对桥台而言隧道开挖对桥台的影 响很小是安全的不需要采取加固措施．另外由 于左线区间隧道在水平方向上穿越1号桥台而 2号桥台离右线隧道的最近距离为1∙6m．因此最 大沉降量出现在1号桥台上．并且1号桥台由左端 到右端随着与左线隧道距离的减小开挖对其的影 第3期 宋卫东等： 北京地铁五号线近接玉蜓桥施工的力学行为研究 ·253·
.254 北京科技大学学报 第29卷 2号桥台反之，由左端到右端，与右线隧道的距离逐 渐增大，沉降值也逐渐增大，由2.6mm增大为 4.2mm· (3)计算结果表明，隧道拱顶的最大沉降量约 为11mm,满足设计要求(<45mm),如图8所示. 竖向上最大沉降的影响延伸到拱顶以上2m范围 内，横向上仅在超前预支护两侧很小范围内有所影 响，这也证明了进行超前预支护是十分必要的，拱 顶上方，离拱顶越远的土体，开挖所引起的沉降越 小，沉降值由11mm逐渐递减为地表处的5.2mm, 图7桥台最终沉降示意图（单位：m) 而且左右线隧道中心间距为30.2m,越接近两隧道 Fig-7 Sketch of ultimate settlement contour of the platform(unit: 中心连线的中点，土体的沉降量越小，连线中点区域 m) 沉降量约为2mm,这表明左右线隧道开挖相互的影 响也逐渐减小，沉降值由4.7mm减小为2.7mm, 响很小 AVRES=M世 DX-0.040291 SMN=-0.010833 SMX=-0.040291 -0011000 -000956 -0.008111 -0006667 0.005222 -0003778 0.00233 -0000889 -0000556 0,002000 图8拱顶沉降示意图（单位：m) Fig-8 Sketch of Contour of vault settlement (unit:m) 3计算与实测结果比较 表的交汇处)，拱顶量测点K3十960（左线拱顶）、 K3十958（右线拱顶）、玉蜓桥桥台测点CJ23一4布设 结合本计算所取里程为K3十951.968，现场测 在计算模型中的1号到3号桥台之间，表3为以上 点标号分别为地表沉降观测点ZCJ13-2(左线隧道 各点的现场监测资料，图9为对应监测点的沉降 中线与地表交汇处)、YCJ13一2（右线隧道中线与地 曲线 表3各测点量测结果 Table 3 Results of different measured points 测点编号 初始高程/m 上次高程/m 本次高程/m 累计沉降/mm 沉降速率/(mmd一1) 2C13-2 40.90356 40.89360 40.89257 -6.23 -0.05 YCJ13-2 40.45135 40.44529 40.44395 -5.95 -0.06 K3+960 23.99840 23.98610 23.98600 -12.80 -0.03 K3+958 24.09610 24.08330 24.08340 -12.30 -0.03 CJ234 40.91037 40.90202 40.90198 -6.39 -0.02 对比监测结果与计算结果可以看出，施工完成 因主要有： 时监测结果中地表、拱顶及桥台沉降最大值分别为 (1)计算中未考虑地下水损失而引起的地表固 6.23,12.8,6.39mm,而计算结果则分别为5.1， 结沉降，研究范围虽然只存在少量的地下滞水，且构 10.7,4.7mm,即计算结果小于现场监测结果.其原 筑了结构的自防水体系，但在实际施工中不可能实
图7 桥台最终沉降示意图（单位：m） Fig．7 Sketch of ultimate settlement contour of the platform （unit： m） 响也逐渐减小沉降值由4∙7mm 减小为2∙7mm． 2号桥台反之由左端到右端与右线隧道的距离逐 渐增大沉降值也逐渐增大由 2∙6mm 增大为 4∙2mm． （3） 计算结果表明隧道拱顶的最大沉降量约 为11mm满足设计要求（＜45mm）如图8所示． 竖向上最大沉降的影响延伸到拱顶以上2m 范围 内横向上仅在超前预支护两侧很小范围内有所影 响这也证明了进行超前预支护是十分必要的．拱 顶上方离拱顶越远的土体开挖所引起的沉降越 小沉降值由11mm 逐渐递减为地表处的5∙2mm． 而且左右线隧道中心间距为30∙2m越接近两隧道 中心连线的中点土体的沉降量越小连线中点区域 沉降量约为2mm这表明左右线隧道开挖相互的影 响很小． 图8 拱顶沉降示意图（单位：m） Fig．8 Sketch of Contour of vault settlement （unit： m） 3 计算与实测结果比较 结合本计算所取里程为 K3＋951∙968现场测 点标号分别为地表沉降观测点 ZCJ13－2（左线隧道 中线与地表交汇处）、YCJ13－2（右线隧道中线与地 表的交汇处）拱顶量测点 K3＋960（左线拱顶）、 K3＋958（右线拱顶）、玉蜓桥桥台测点 CJ23－4布设 在计算模型中的1号到3号桥台之间．表3为以上 各点的现场监测资料图9为对应监测点的沉降 曲线． 表3 各测点量测结果 Table3 Results of different measured points 测点编号 初始高程／m 上次高程／m 本次高程／m 累计沉降／mm 沉降速率／（mm·d －1） ZCJ13－2 40∙90356 40∙89360 40∙89257 －6∙23 －0∙05 YCJ13－2 40∙45135 40∙44529 40∙44395 －5∙95 －0∙06 K3＋960 23∙99840 23∙98610 23∙98600 －12∙80 －0∙03 K3＋958 24∙09610 24∙08330 24∙08340 －12∙30 －0∙03 CJ23－4 40∙91037 40∙90202 40∙90198 －6∙39 －0∙02 对比监测结果与计算结果可以看出施工完成 时监测结果中地表、拱顶及桥台沉降最大值分别为 6∙2312∙86∙39mm而计算结果则分别为5∙1 10∙74∙7mm即计算结果小于现场监测结果．其原 因主要有： （1） 计算中未考虑地下水损失而引起的地表固 结沉降研究范围虽然只存在少量的地下滞水且构 筑了结构的自防水体系但在实际施工中不可能实 ·254· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第3期 宋卫东等：北京地铁五号线近接玉蜓桥施工的力学行为研究 .255 现零漏水， (4)应用ANSYS模拟岩土开挖的优点是前、后 0 处理比较灵活，建模比较容易；缺点是可选择的岩土 ◆-CJ234 YCJ13-2 --ZCJ13-2 #一K3+960 体模型比较单一；另外，计算占用空间大，8万个网 -K3+958 格的模型计算一个开挖步需要大约450MB的空 6 间.总的来讲，ANSYS比较适合模拟隧道开挖，能 -8 较方便、真实地反映工程实际，为设计施工提供理论 -10 依据。 -12 参考文献 -14 10 20 30 40 50 监测时间/d [1]孔祥鹏，留国彬，廖少明.明珠线二期上海体育馆地铁车站穿 越施工对地铁一号线车站的影响.岩石力学与工程学报， 图9隧道沉降曲线 2004,23(5):821 Fig.9 Settlement curve of the tunnel [2]张志强，何川·深圳地铁隧道邻接桩基施工力学行为研究.岩 土工程学报，2003,25(2)：204 (2)计算所选取的范围较小，纵向只取了20m, [3]陈先国，高波。重叠隧道的施工力学研究.岩石力学与工程学 而玉蜓桥的实际跨度就为16.8m,随着开挖断面远 报，2003,22(4)：606 离桥台，虽然对其影响越来越小，但影响依然存在， [4]张顶立，黄俊。地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测。岩石 使得计算沉降值偏小. 力学与工程学报，2005,24(10)：1703 [⑤]唐成林，何川，林刚.地铁盾构隧道管片结构力学行为模型试 4结论 验研究.岩土工程学报，2005,27(1)：85 [6]宋卫东，杜建华，谢政平，等.大冶铁矿深凹露天开采最终边坡 (1)施工引起的地面最大沉降量为5.2mm,小 稳定性分析，北京科技大学学报，2005,27(4)：385 于环境控制要求值.拱顶的最大沉降量为l1.0mm, [7]宋卫东，王金安，匡忠祥。程潮铁矿淹井前后采场溜井稳定性 数值分析.北京科技大学学报，2000,22(4)：292 也在设计允许范围之内， [8]宋卫东，谢政平，张继清。天坛站浅埋暗挖施工对地表沉降影 (2)玉蜓桥桥台的最大沉降量为4.7mm,小于 响数值模拟分析.岩石力学与工程学报，2005,24(Spp.2): 设计允许值，表明五号线区间隧道按照设计要求施 5773 工时，对玉蜓桥桥台不需要采取额外预加固措施， [9]丁春林，孟祥兵，陈力，城市地铁喇叭口过渡段隧道施工技术 (3)隧道通过玉蜓桥后的持续监测结果显示， 研究及数值模拟分析.岩石力学与工程学报，2004,23(15)： 地表最大沉降为12.54mm,1号桥台的最大沉降为 2528 5.2mm,计算结果与之基本相符，表明模拟计算是 [10]杨天鸿，梁正召，刘红元，等.地铁开挖引起地表沉陷过程的 数值模拟.岩石力学与工程学报，2002,21(11)：1620 可靠的 Mechanical behavior investigation of the tunnel construction in metro line No.5 ad- jacent to Yuting Bridge in Beijing SONG Weidong,WANG Yongqing,MA Pengjiao,DU Jianhua,ZHANG Jiqing2 1)State Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines (University of Science and Technology Beijing).Ministry of Education. Beijing 100083.China 2)The 3rd Railway Survey Design Institute,Tianjin 300142.China ABSTRACI The excavation process of the tunnel construction in metro line No.5 adjacent to Yuting Bridge in Beijing was modeled by 3D ANSYS numerical code.The influence of the excavation on the bridge's platform and ground environment was analyzed.The computed results were compared with measured data.It is shown that the influence of the excavation on the bridge's platform and ground environment is in the range of the al- lowable value following the design.Any additional prior consolidating measure is not needed. KEY WORDS metro line No.5;regional tunnel;adjacent construction;mechanical behavior
现零漏水． 图9 隧道沉降曲线 Fig．9 Settlement curve of the tunnel （2） 计算所选取的范围较小纵向只取了20m 而玉蜓桥的实际跨度就为16∙8m随着开挖断面远 离桥台虽然对其影响越来越小但影响依然存在 使得计算沉降值偏小． 4 结论 （1） 施工引起的地面最大沉降量为5∙2mm小 于环境控制要求值．拱顶的最大沉降量为11∙0mm 也在设计允许范围之内． （2） 玉蜓桥桥台的最大沉降量为4∙7mm小于 设计允许值表明五号线区间隧道按照设计要求施 工时对玉蜓桥桥台不需要采取额外预加固措施． （3） 隧道通过玉蜓桥后的持续监测结果显示 地表最大沉降为12∙54mm1号桥台的最大沉降为 5∙2mm计算结果与之基本相符表明模拟计算是 可靠的． （4） 应用 ANSYS 模拟岩土开挖的优点是前、后 处理比较灵活建模比较容易；缺点是可选择的岩土 体模型比较单一；另外计算占用空间大8万个网 格的模型计算一个开挖步需要大约450MB 的空 间．总的来讲ANSYS 比较适合模拟隧道开挖能 较方便、真实地反映工程实际为设计施工提供理论 依据． 参 考 文 献 ［1］ 孔祥鹏留国彬廖少明．明珠线二期上海体育馆地铁车站穿 越施工对地铁一号线车站的影响．岩石力学与工程学报 200423（5）：821 ［2］ 张志强何川．深圳地铁隧道邻接桩基施工力学行为研究．岩 土工程学报200325（2）：204 ［3］ 陈先国高波．重叠隧道的施工力学研究．岩石力学与工程学 报200322（4）：606 ［4］ 张顶立黄俊．地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测．岩石 力学与工程学报200524（10）：1703 ［5］ 唐成林何川林刚．地铁盾构隧道管片结构力学行为模型试 验研究．岩土工程学报200527（1）：85 ［6］ 宋卫东杜建华谢政平等．大冶铁矿深凹露天开采最终边坡 稳定性分析．北京科技大学学报200527（4）：385 ［7］ 宋卫东王金安匡忠祥．程潮铁矿淹井前后采场溜井稳定性 数值分析．北京科技大学学报200022（4）：292 ［8］ 宋卫东谢政平张继清．天坛站浅埋暗挖施工对地表沉降影 响数值模拟分析．岩石力学与工程学报200524（Supp．2）： 5773 ［9］ 丁春林孟祥兵陈力．城市地铁喇叭口过渡段隧道施工技术 研究及数值模拟分析．岩石力学与工程学报200423（15）： 2528 ［10］ 杨天鸿梁正召刘红元等．地铁开挖引起地表沉陷过程的 数值模拟．岩石力学与工程学报200221（11）：1620 Mechanical behavior investigation of the tunnel construction in metro line No．5adjacent to Yuting Bridge in Beijing SONG Weidong 1）WA NG Yongqing 1）MA Pengjiao 1）DU Jianhua 1）ZHA NG Jiqing 2） 1） State Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines （University of Science and Technology Beijing）Ministry of Education Beijing100083China 2） The3rd Railway Survey ＆ Design InstituteTianjin300142China ABSTRACT The excavation process of the tunnel construction in metro line No．5adjacent to Yuting Bridge in Beijing was modeled by 3D－ANSYS numerical code．The influence of the excavation on the bridge’s platform and ground environment was analyzed．The computed results were compared with measured data．It is shown that the influence of the excavation on the bridge’s platform and ground environment is in the range of the allowable value following the design．Any additional prior consolidating measure is not needed． KEY WORDS metro line No．5；regional tunnel；adjacent construction；mechanical behavior 第3期 宋卫东等： 北京地铁五号线近接玉蜓桥施工的力学行为研究 ·255·