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施工效应三维数值模拟分析
工程概况
总的施工工 序是：断流→施 工降水→疏干地 层→支撑桥梁→ 施作 长管棚→小 导管注浆→开挖 →支护尽快封闭 成环。
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施工效应三维数值模拟分析
基本理论
在数值模拟分析中，采用美国著名的有限元软件： ABAQUS ，由于区间隧道下穿樱花西桥及小月河时空间效 应比较明显，因此，采用三维弹塑性有限元法模拟开挖 支护过程，模拟过程中所涉及到的基本理论如有： 开挖施工步骤模拟；
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目
录
数值模拟分析大纲
施工效应三维数值模拟分析
区间隧道大断面应力测试总结
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施工效应三维数值模拟分析
工程概况
和～北区间隧道范围为和平西桥站北端～北土城东
路站南端，设计里程为K14+529～K15+401，全长872.1双 线米。区间隧道在设计里程K15+347～K15+401范围内下 穿小月河及樱花西桥，隧道拱顶距桥墩基础底最小间距 仅4.477m，拱顶距小月河河床最小间距为6.614m，本区 间隧道设计断面形式为复合式衬砌，采用浅埋暗挖法施 工。
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施工效应三维数值模拟分析
工程概况
区间隧道下穿桥基及河道纵断面图
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施工效应三维数值模拟分析
工程概况
区间隧道下穿桥基及河道平面图
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施工效应三维数值模拟分析
工程概况
Ⅰ-Ⅰ剖面图
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施工效应三维数值模拟分析
工程概况
施工方案 隧道下穿樱花西桥及小月河，施工技术复杂、难度高、风 险大。根据本段隧道暗挖过河且拱顶到桥梁基底距离仅为 4.48m的特点，为确保桥的安全及隧道下穿樱花西桥施工的安 全，开挖前采取河道截流、施工降水、地层预加固等综合措施， 按照“管超前、严注浆、强支护、紧封闭、勤量测、快循环” 的十八字方针，稳扎稳打组织施工。 主要支护参数为长管棚结合小导管注浆加固周边土体，长 管棚采用φ108×6mm钢管，长30m，沿拱部开挖轮廓线外环向 布设，环向间距0.4m，管内设3根主筋为φ22的钢筋笼，水平超 前注浆预支护。小导管采用φ42×3.5钢管，环向间距0.4m，每 5m一环。
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施工效应三维数值模拟分析
工程概况
在开挖穿越樱花西桥隧道 区段之前，提前两个月对小月 河断流引排，并对樱花西桥采 用满堂脚手架进行支撑以均匀 分散自重。区间隧道下穿樱花 西桥段属于C型断面，该断面 尺寸及形式如右图所示。隧道 开挖采用短台阶法，上部采用 环型开挖预留核心土。左右线 隧道分期进行施工，即右线隧 道开挖支护完成后再开挖支护 左线隧道。
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数值模拟分析大纲 主要内容
建立区间隧道结构和樱花西桥基相互作用的三维有限元计算 模型。 对该段的施工过程进行数值仿真模拟，模拟施工过程中区间 隧道结构和樱花西桥的施工响应及安全，其中，通过数值模拟分 析，预测和评判各种支护措施的施工效果，对施工过程进行优化 分析，为施工现场提供优化的施工方案以供决策和参考。 基于区间隧道结构和樱花西桥的安全，建立施工变形的控制 基准。 对施工过程进行动态的三维弹塑性空间效应分析，如有必要， 可进一步考虑时间因素的时空效应分析，使理论分析成果更为合 理和可行。 在施工监测信息的基础上，将数值模拟分析成果及时反馈于 施工现场，实现施工过程的动态化信息管理。
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施工效应三维数值模拟分析
模拟分析
计算建模 计算建模时除了考虑施工过程，同时考虑了路面、桥 基、地层三者之间的相互作用，因此，构建了复杂的相互 作用三维有限元模型。为了考虑地面的超载影响，施工过 程中施加了 20kPa 的地面超载；为了建模方面，对桥基进 行了适当的简化；为了提高计算精度，在应力梯度变化比 较大的地方加密了计算网格。

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目
录
数值模拟分析大纲
施工效应三维数值模拟分析
区间隧道大断面应力测试总结
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区间隧道大断面应力测试总结
工程概况
北京地铁五号线11#合同段和平西桥站～北土城东路站区间 范围为和平西桥站北端～北土城东路站南端,设计里程为 K14+529K15+401.1，全长872.1双线米。线路沿樱花园西街下方 穿过，在靠近北土城东路站附近，左、右线间设有联络线及至 地铁十号线的联络线，该段隧道衬砌结构形式有单线、双线、 大跨及双连拱衬砌。其余地段均为单线衬砌。左、右线人防段 分别设在K15+337.1K15+347。 区间隧道浅埋暗挖施工在YK15+241+303段有10号线联络线 大断面，开挖宽度最大达13.950m，开挖高度最大达9.354m。 区间隧道左线、右线往北方向含有三段大断面。 根据大断面开挖宽度的大小分别采用CD法、双侧壁导坑法 及中洞法。

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施工效应三维数值模拟分析 结论和建议
通过对施工过程中支护结构、围岩和桥基的受力和变形分析可知， 在拟定的施工方案下，施工期间施工以及桥基没有安全隐患。 本文的分析虽然表明施工期间没有安全隐患发生，但是必须要引起 高度重视的是：计算过程中没有考虑地下水的影响，在实际施工时应 在参考本报告分析成果的基础上结合地下水的影响程度给出更为合理 的评价和预测结果。其次就是施工过程中要注意预加固的效果和质量， 因为数值模拟分析中很好地反映了这一效果。另外就是在模拟分析中 采用了更大的台阶长度，因此施工过程中在预加固的效果有保证的前 提下可以适当增加开挖台阶的长度。同时，计算中没有考虑增设临时 仰拱这一施工措施。
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施工效应三维数值模拟分析
工程概况
小月河现况 小月河自西向东横穿樱花园西街，河床两侧为浆砌片石 挡墙，河床底部为10cm厚素混凝土铺面，河床宽度为14.9m， 冬季枯水季节河水深度为0.2m，水流流速为0.067m/s。小月河 河床与隧道开挖断面拱顶相差6.614m。 樱花西桥现况 樱花西桥桥长44.58m，桥面宽48m。结构形式为三跨简 支梁，主跨15m，边跨7.5m,梁为宽腹钢筋混凝土T梁，桥台基 础、桥墩基础为200级素混凝土，桥台、桥墩为75号浆砌块石， 桥墩42.5m高程以上部位采用75号浆砌条石，桥面为14cm厚 300级钢筋混凝土路面，隧道开挖拱顶距桥梁基础底分别为 4.516m和4.477m。

支护结构及效果的模拟； 有限元法计算对围岩稳定性的判断； 三维有限变形弹塑性有限元基本理论。
其具体内容见文本资料。
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施工效应三维数值模拟分析

模拟分析
计算参数 研究范围内地层绝大部分为粉质粘土，施工期间大管棚及小导管 注浆加固地层的效果采用隧道周边的等效加固厚度为1m进行考虑，主 要物理力学参数见表1。
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施工效应三维数值模拟分析 工程概况
工程地质 和～北区间隧道自南向北横穿永定河冲洪积扇，本段线 路位于该冲洪积扇的中部地带。地层由上至下依次为： 人工堆积层，厚度为2～8.1m； 第四纪全新世冲洪积层，厚度为8～7.1m； 第四纪晚更新世冲洪积层，厚度为 04.～7.1m； 下穿樱花西街段隧道从上至下地层依次为：粉土、粉质 粘土、粘 土夹粉细砂。由于小月河可对地层水的补给作用， 此段地层含水饱和。 水文地质 上层滞水：水位埋深为 3.2～4.8m； 潜水：水位埋深为 9.65～196m。
北京地铁五号线
中铁四局集团有限公司
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北京地铁五号线
中铁四局集团有限公司 二○○七年一月
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目
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数值模拟分析大纲
施工效应三维数值模拟分析
区间隧道大断面应力测试总结
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目
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数值模拟分析大纲
施工效应三维数值模拟分析
区间隧道大断面应力测试总结
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数值模拟分析大纲
主要目的
在施工之前预测地下结构的施工响应，为确保地下结构和施 工安全进行预测分析，得出相关的结论用于施工指导和参考。 通过理论分析，得出确保地下结构和樱花西桥安全的变形控 制标准，为施工现场监控提供理论指导和予警值。 在施工的过程中，通过将数值分析成果与现场监控密切配合， 及时校核和调整数值分析方法和成果，反馈至施工现场，实现信 息化的动态施工过程。 施工竣工后，及时总结和分析理论分析成果、现场监测成果、 施工技术成果，为类似工程积累宝贵的经验和科技储备。由于本 研究成果具有一定的代表性和典型性，如有可能还可进一步将研 究成果升华，申请一定级别的科技奖励。
应力测试目的 本项目在区间右线E型断面K15+267和K型断面 K15+296断面布置围岩内力测试元件，通过应力测试， 收集在初期支护阻力的状况下，围岩与喷层间的接触 应力、初期支护钢架受力以及支护混凝土内应变数据， 分析初期支护各结构的安全保证及初期支护的稳定性、 判断围岩应力释放程度，以及二次衬砌施作时间和二 次衬砌受力状况，同时结合大断面的应力测试数据， 分析应力变化与围岩变形二者之间的相关联系，以达 到指导安全施工的目的。
双侧壁 导坑法
K
H 双连拱 M
13.95×9.354
5.8m×6.23m +6.2m×6.36m 5.8m×6.23m +7.3m×6.92m
YK15+283YK15+298
ZK15+143ZK15+149、YK15+159YK15+165 中洞法 YK15+298YK15+303
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区间隧道大断面应力测试总结 应力测试元件断面设计

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施工效应三维数值模拟分析
模拟分析
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施工效应三维数值模拟分析
模拟分析
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模拟分析
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模拟分析
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施工效应三维数值模拟分析