深圳地铁5号线怡黄区间隧道施工动态监测与数值模拟

　　摘　要： 通过对深圳市地铁5号线5307标段怡-黄区间隧道复杂围岩地段围岩和支护系统的现场测试，得到了钢支撑、喷射混凝土等支护构件的受力和围岩位移收敛状况，建立相应的模型，进行了有限元数值分析，并对测试与计算结果进行了对比分析。研究结果表明：在复杂围岩地段，采用现场动态监控量测与有限元仿真模拟相结合的方法可为隧道衬砌设计和施工的安全可靠性提供科学依据和技术指导。可为类似工程研究提供参考。

　　关键词: 地铁隧道;复杂围岩;动态监测;有限元模拟

　　Abstract: based on the shenzhen metro line 5, 5307 satisfying-yellow tunnel section of complex area surrounding rocks and supporting system of surrounding rock of the field test, obtained the steel support, and shotcrete support components such as the stress and displacement convergence conditions and set up a corresponding model, a finite element numerical analysis, and to test and calculation results comparison analysis. The results of the study show that: in the complex area of surrounding rock, the in-situ dynamic monitoring measurement and finite element simulation method of combining the tunnel lining for the safety and reliability of the design and construction to provide the scientific basis and technical guidance. Can provide references for the similar projects.

　　Key words: the subway tunnel; Complex surrounding rock; Dynamic monitoring; Finite element simulation

　　中图分类号：U456 文献标识码： 文章编号：

　　一 工程概况

　　深圳市地铁5号线怡黄区间矿山法段施工横通道位于1#竖井南侧，从竖井南侧井壁开马头门后下穿新秀立交辅道和匝道，横通道拱顶埋深约7.9m。在横通道正上方与横通道呈垂直关系有一条污水箱涵，断面为2×1.4m，底板埋深约为5.5m。横通道采用复合式衬砌，初期支护采用Ф108超前大管棚+Φ28格栅钢架+Φ25连接钢+C25喷混凝土300mm+φ8双层钢筋网片+型钢临时支撑;二衬采用C30S8钢筋防水砼，厚400mm;二衬和初支之间不设置柔性防水层。初支完成后在拱部120°范围内预埋Φ初支背后回填注浆管，每2m布置一环，每环3孔，梅花型布置，对初衬背后压注1：1纯水泥浆，注浆压力为0.4-0.6Mp。

　　区间隧道的显著特点是“围岩上软下硬，结构断面及施工工法多样，工序转换频繁”。区间隧道上半断面多为富水卵石土地层，下半断面多为全风化、强风化及中风化凝灰质砂岩。隧道洞身段围岩极为破碎，严重威胁着施工安全。通过对该隧道的现场测试，得到了许多宝贵的现场资料，这些资料对于了解围岩的受力状况，指导后期的施工都具有十分重要的意义[1-2]。

　　二 隧道监控量测

　　1. 量测方案

　　在该隧道区段除了进行地表沉降、隧道拱顶下沉和净空收敛等常规的监控量测外，还在DK39+150处进行了多项应力的现场测试，这些测试项目包括钢拱架应力测量，喷射混凝土层应力量测等。

　　采用JSS30型收敛计和水准仪分别进行洞内净空收敛和拱顶下沉的量测;采用XJH-2型振弦式混凝土应变计和XJD-2(B)型钢板应变计分别进行喷射混凝土层和钢拱架应力量测。

　　2. 量测结果与分析

　　DK39+150断面位移收敛-时间曲线见图2、钢拱架应力-时间曲线

　　(1)拱顶下沉和水平收敛曲线可分为3个阶段：第一阶段，急剧变形阶段，此阶段变形在开挖及初期支护后7d左右;第二阶段，缓慢变形阶段，此阶段变形速率开始减缓，在30d之内;第三阶段，稳定变形阶段，此阶段在开挖及初期支护35d之后，当日变形速率趋于零，变形逐渐稳定。

　　(2)钢拱架应力前期增长也较快，7d就达到112.86MP。可见钢拱架承担了较大的围岩初始释放压力，能有效地约束围岩早期的快速变形，在初期支护中起到较大的作用。30天左右钢拱架应力趋于稳定，稳定后的钢拱架，拱腰和拱脚部受力较大，顶部受力相对较小，在施工中应适宜加设锁脚锚杆以改善型钢支护的受力状态。

　　三 数值模拟计算

　　1. 有限元模型的建立

　　为保证计算的准确性，整体建模严格按照施工图纸，隧道围岩采用 Drucker–Prager准则[3-5]。围岩采用4节点平面实体单元，锚杆采用2节点平面杆单元，初期支护采用2节点平面梁单元[3-5]。围岩及支护结构物理力学参数各量测项目位移计算值均较实测值大，这可能和施工过程中初期支护没有与围岩紧密接触有关。同时，隧道围岩开挖初期位移速率较大，大部分在安装仪器前已完成，因此，进行结果分析时必须考虑这部分位移。

　　四 结论

　　(1)现场量测结果表明，初期支护中的钢拱架承担了30%以上的围岩初始释放压力，在初期支护中起到较大的作用。在软弱破碎围岩地段，初期支护应优先考虑采用钢拱架。

　　(2)地铁隧道开挖后，围岩应力释放较快，为了保证洞室的稳定性应及时施作初期支护，同时隧道两侧拱脚处的围岩压应力较大，应当加强辅助措施在施工中的应用，尤其适宜加设锁脚锚杆以改善型钢支护的受力状态;仰拱的施作可以很好的改善支护结构的受力，在软弱破碎围岩地段，应及时施作仰拱。

　　(3)在复杂围岩地铁隧道的施工过程中，现场实测与有限元计算相结合可以更准确掌握围岩及支护结构受力和位移情况，从而指导隧道的施工和设计。

　　参考文献：

　　[1] 代高飞, 应松, 夏才初, 等. 高速公路隧道新奥法施工监控量测[J]. 重庆大学学报(自然科学版) , 2004, 27(02):132-135.

　　[2] 杨金虎, 陈家清, 何刚, 等.复杂环境条件下砂质粘土隧洞施工监控量测研究[J].岩石力学与工程学报2005,24(24):4588-4593.

　　[3] 王英学, 周佳媚, 高波. 偏压滑坡地段围岩受力特征测试分析[J].岩土力学2002, 23(6):792-794.

　　[4] 王祥秋, 杨德林, 高文化. 高速公路偏压隧道施工动态监测与有限元仿真模拟[J].岩石力学与工程学报2005,24(2):284-289