中洞法开挖的地铁车站二衬结构施工受力分析

北京交通大学

硕士学位论文

中洞法开挖的地铁车站二衬结构施工受力分析

姓名：张晋毅

申请学位级别：硕士

专业：岩土工程

指导教师：刘维宁

20060901

第２章中洞法地铁车站开挖过程模拟

２．１工程概况

北京地铁５号线某车站位于两条街的交叉路口地下，呈南北向，埋深约１０．１２ｍ，车站全长１８０ｍ，车站为三拱两柱双层结构，向北以０．３％的坡度上坡，车站最大开挖宽度２１．８７０ｍ。本工程所处地区均属于永定河冲积扇地区，土层以第四季冲积洪积为主。其主要为回填土、粘性土、砂类土，围岩分类为Ｖ’Ⅵ级。自地面向下依次为杂填土层、素填土层、粉细砂土层、粉质粘土层、粉土层、粉细砂层、中租砂层、粉质粘土层、圆砾层、粘土层、粉质粘土层、粉土层。

图２．１．１车站总平面图

北京交通大学硕士学位论文中洞法地铁车站开挖过程模拟２．３．５单元划分及施工工况模拟

数值计算网格剖分时，考虑中洞法施工对隧道周围较近土体扰动更

剧烈些，因此在进行离散化时，这部分网格剖分更密集，如图２．３．２和

图２．３．３所示。

图２．３．２

图２．３．３

表２．３．３中洞法开挖数值模拟步序

２．４计算结果

通过ＦＬＡＣ３Ｄ程序对整个车站施工过程的模拟计算，得出了各个阶段中初期支护的内力值和二衬的应力值，选取具有代表性的四个施工阶段来对比研究，分别为中洞范围的二衬施做完毕、侧洞开挖一半、侧洞开挖完毕和侧洞二衬施做完毕，考虑到边界的影响，选取结构纵向中部的两个典型横断面研究，分别为中部立柱（图２．４．１第二排柱子处）所在平面和结构跨中平面（图２．４．１第二、三排柱子中间）。

图２．４．１车站结构模型图

由于在模型的计算过程中，二衬及立柱等结构是采用实体单元模拟，但该软件在后处理中只能输出实体单元的应力，不能直接输出由实体单元组成的结构的内力值，所以在此处采用在结构截面上对应力进行积分的方法得出轴力、弯矩和剪力“，具体步骤如下：

囤坐标转换

将整体坐标系下单元中积分截面上的任意一点应力（取、ｑ、『肿）７通过坐标转换得到截面局部坐标系下该点的应力（吼、吒）７，转换公式