地鐵施工三維仿真模擬

  通過大型有限元計(jì)算軟件ANSYS 模擬隧道開挖和支護(hù)，能夠在開挖過程中對隧道的變形和應(yīng)力狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的描述及預(yù)判，從而便于制定開挖和支護(hù)方案，能夠指導(dǎo)設(shè)計(jì)施工，節(jié)省大量成本，ANSYS能夠?yàn)樗淼朗┕た刂铺峁┹^為可靠的手段和依據(jù)。

  城市地鐵;開挖施工;仿真模擬;有限元分析

  目前，在世界各國的城市地鐵施工中，由于地質(zhì)環(huán)境具有很強(qiáng)的不確定性和模糊性，隧道圍巖錯(cuò)綜復(fù)雜的變化，開挖方式的多樣性，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確地采用一種本構(gòu)模型對地鐵開挖過程進(jìn)行數(shù)值模擬，因此迫切地需要一種恰當(dāng)?shù)姆椒▽Φ罔F隧道進(jìn)行有效的模擬研究。目前，地鐵隧道模擬研究的方法有物理實(shí)驗(yàn)方法、工程類比方法和數(shù)值模擬方法。物理實(shí)驗(yàn)方法費(fèi)用高，時(shí)間長，工程類比方法由于劃分比較粗糙，與實(shí)際有時(shí)差距較大。因而，有限元數(shù)值分析方法是目前地鐵隧道研究的一種非常經(jīng)濟(jì)的方法。本文主要介紹采用大型通用有限元ANSYS軟件進(jìn)行地鐵隧道開挖三維仿真分析的全過程，以此來判斷施工方法選擇的合理性、圍巖的穩(wěn)定性以及支護(hù)參數(shù)能否滿足設(shè)計(jì)要求。在地鐵施工過程中進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析能夠驗(yàn)證施工方案的可行性，為地鐵安全穩(wěn)定的施工進(jìn)行服務(wù)，為工程規(guī)劃決策者提供依據(jù)和指導(dǎo)。

  常用的單跨隧道淺埋暗挖方法

  1.開挖方法選擇

  根據(jù)開挖斷面大小，在一般條件下有如圖1所示的開挖方法。

  2.施工順序

  各種施工方法的施工順序如圖2所示

  3.臺(tái)階法施工

  臺(tái)階法是最基本、運(yùn)用最廣泛的施工方法，而且是實(shí)現(xiàn)其它施工方法的重要手段。當(dāng)開挖斷面較高時(shí)可進(jìn)行多臺(tái)階施工，每層臺(tái)階的高度常用3.5～4.5m，或以人站立方便操作選擇臺(tái)階高度。臺(tái)階長度的選擇參見圖3示：

  進(jìn)行臺(tái)階開挖時(shí)的輔助施工方法

  ① 環(huán)狀開挖留核心土并設(shè)鎖腳錨管

  ②下臺(tái)階除可一次開挖外，根據(jù)地質(zhì)條件又可分別選用圖5所示的開挖方法：

  ③初次支護(hù)背后注漿

  ④特殊不良地質(zhì)條件在上臺(tái)階的底部設(shè)臨時(shí)仰拱，或者在上臺(tái)階的拱頂下設(shè)臨時(shí)立柱，有利于減少圍巖的收斂和拱頂?shù)南鲁痢?/span>

  4.CD法和CRD法(中隔墻法和交叉中隔墻法)

  5. PBA法

  6.中洞法

  7.雙側(cè)壁導(dǎo)坑法

  02地鐵車站蓋挖法逆作施工

  先施作車站周邊圍護(hù)樁和結(jié)構(gòu)主體樁柱，然后將結(jié)構(gòu)蓋板置于樁(圍護(hù)樁)、柱(鋼管柱或混凝土柱)之上，自上而下完成土方開挖和邊墻、中隔板及底板襯砌的施工方法，謂之蓋挖逆作法。