地铁区间盾构法隧道穿越岩溶填充区施工力学行为计算分析
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主， 下伏 深埋 隐伏 型溶 洞较发 育 ， 溶沟 内全充 填较
杂 乱且 软硬不 均 的 砂 卵石 混 粘 性 土 ， 有 一 定 的 具 力 学强 度 。 （ ）岩 溶 ＩＩ 段 。该 段 上覆 基 岩 为 白垩 系 ３ Ｉ区
长沙 市轨 道交 通 ２号线一期 工程 五一 广 场站 为 １ ２号线换 乘 站 ， 车站周 边 环境 影 响 ， 、 、 受 １ ２号 线 的联络 线部 分 与五一 广场站 一芙蓉 广场 站 区间 左线 相接 ， 故本 段采 用 明挖法施 工 ， 区间其 余部 分 采用 盾构 法施 工［ 。 １ ］
Ｏ
１
５
｛
垒＼ ３ 州 Ｋ堪 １ ２
Ｏ
Ｂ 专 Ｒ 州÷ ｄ
Ｏ 以 ｆ ＝ Ｉ ｄ ４
图 ５ 地 层 三 维 变 形 云 图
从 图 ５中 可 见 ， 越 ＜ ７１ 时 变 形 相 对 较 穿 －＞
大， 隧道纵 向表现 出显 著 的不 均 匀 沉 降 。地 表纵
发育。 ２ ２ 岩溶分 区 ．
开始 了轨 道交 通 的规划 和建设 。 由于岩溶 分 布的 广泛 性 ， 部分城 市 在 轨 道交 通 和市 政 建 设 中也 发 现 了岩溶 存在 的 情 况 ， 文 主要研 究 地 铁 盾 构 区 本
间 穿越岩 溶填 充 区的施 工力学行 为 。
１ 工 程 概 况
根 据勘察 场 地 的岩 溶 分 布 特点 ， 岩 溶 对 区 将 间隧道 工程 的影 响分 为 ４个 区段 ： （ ）岩 溶 Ｉ １ 区段 。该 段分 布 的 可溶 岩 主要 为
泥 灰岩及 炭质 灰岩 ， 局部 为灰 岩 ， 岩溶较发 育 。 （ ）岩溶 Ｉ 区段 。该 区段总体 以大 型溶沟 为 ２ Ｉ
隧道 纵 向位 爱 ｍ
０ ２０ ４０ ６ ｏ ｇ Ｏ ｌ ００
ｂ 竖 向沉 降 云 图 ）
图 ６ 管 片拱 顶 纵 向应 力 变 化 曲 线
隧道纵向位重 ｍ
０ ２ ０ ４ ０ ６ ０ ８ ０
ｃ ） 水 平 位 移 云 图
， ，＿ ｌ
垒＼
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法（Ｅ Ｂ Ｍ） 离散 元法 （ Ｅ 、 Ｄ Ｍ） 流 形元法 （ Ｍ） 、 ＭＥ 以
（ ）溶 蚀 堆 积 物 。包 括 ＜ ７ 溶 蚀 堆 积 物 、 １ ＞
＜７１ 溶 蚀堆 积 物 、 ７２ 溶蚀 堆积 物 。主要 －￣ ＜ —＞ 组成 成分 为流 塑 ～可塑状 的粘性 土 、 粗砂 、 密状 稍 卵石 等 。 （ ）灰岩 地层 。 主要 分 为灰 岩 、 ２ 泥质 灰 岩 、 炭 质 灰 岩 ３种 ， 风化 程 度 可分 为强 风 化 、 中风 化 、 微 风化 等 。 本场 地 的岩溶发 育较 强烈 ， 见洞 率较 高 ， 主要
向和横 向沉降均 呈现 Ｖ 字形 ， 中最 大沉 降 均小 其
及无 单元 法 （ Ｆ ） 。本 次 研 究 采 用 有 限差 分 ＥＭ 等 法， 采用 的软件 为 Ｆ ＡＣ Ｄ。 Ｌ ３ Ｆ ＡＣ的 基 本原 理 是 拉 格 朗 日差 分 法 ， 次 Ｌ 本 计 算采 用 Ｍｏ ｒＣ ｕｏ ｈ － ｏ ｌｍｂ准 则 。
收 稿 日期 ：Ｏ ２０－９ ２ １—１０
总第 ２ １ ５ 期 ２１ ０ ２年 第 ２ 期
Ｔｒ ｎ ｐ ｒａｉｎ Ｓ ｉｎ ｅ ＆ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｃｅ ｃ ｏ ｃ ｎ ｌｇ
交
通
科
技
Ｓ ｒａ Ｎｏ ２ １ ｅ ｉｌ ． ５ Ｎｏ． ２ Ａ ｐ ． ０１ ｒ２ ２
地 铁 区间盾 构 法 隧道 穿 越 岩溶 填 充 区 施 工 力 学 行 为 计算 分 析
五一 广场 站 一芙蓉广 场站 区间从 五一 广场 站 出发 后 ， 沿五 一大 道前行 ， 进人 芙蓉广 场站 。区间 采用 明挖 ＋盾 构法 施工 。 ２ 工程 地质概 况及 岩溶 分 区
２ １ 工 程 地 质 概 况 ．
泥质 粉砂 岩 ， 伏灰 岩 ， 灰 岩层位 分布规 律性较 下 但 差 ， 面起伏 较 大 ， 层 局部 突入 到隧 道之 内 。
２１年第 ２ ０２ 期
黄
珂： 地铁 区间盾 构法隧道穿越 岩溶 填充区施工力学行为计算分析
６ ９
弯 ， 对 衬砌 管片 纵 向应力 变 化 情况 ， 究 拱 顶 、 针 研 仰拱 的纵 向应 力 、 大 主应 力 、 小 主应 力 ， 拱 最 最 其
顶 和拱底 应 力值沿 纵 向分 布见 图 ６ 儿 。 ～
黄 珂
（ 中铁 第 四勘 察 设 计 院 集 团 有 限 公 司 武 汉 ４０ ６ ） ３ ０ ３
摘
要
地 铁 盾 构 隧道 穿 越 岩 溶 填 充 区 受 力 情 况 复 杂 ， 保 证 施 工 安 全 和 管 片 受 力 合 理 ， 用 有 为 采
限 差 分 程序 建立 数 值 计算 模 型 ， 过 计算 分 析 获 得 盾 构 穿 越 地 层 的受 力 情 况 。盾 构 隧 道 穿 越 岩 溶 通
填 充 区 时 虽 然会 产生 一 定 的地 表 沉 降 ， 在 安 全 范 围之 内 ， 片受 力 也 是 合 理 的 。 但 管
关 键 词 地 铁 盾 构 隧 道
岩溶 填 充 区
wk.baidu.com
有限差分
数 值 计 算 模 型
随着 城市 化 化进 程 的 加快 ， 来 越 多 的城 市 越
发 育在 灰 岩 中 ， 灰 岩 次 之 ， 质 灰 岩 基 本 不 泥 炭
（ ）岩溶 Ｉ 区段 。该 段 上 覆基 岩 为 白垩 系 ４ Ｖ
泥 质粉砂 岩较 厚 ， 岩埋 藏较 深 ， 钻孔揭 露深 度 灰 在 内未见 有溶洞 发育 ， 岩溶 对拟 建工 程基本 无影 响 。 ３ 计算 理论 地 铁盾构 区 间穿越 岩溶 填充 区的施 工力学 属 岩土力 学范 畴 。岩 土力 学 常用 的数值计算 方法 包 括有 限差 分法 （ ＤＭ） 有 限元 法 （ Ｅ 、 界元 Ｆ 、 Ｆ Ｍ） 边
杂 乱且 软硬不 均 的 砂 卵石 混 粘 性 土 ， 有 一 定 的 具 力 学强 度 。 （ ）岩 溶 ＩＩ 段 。该 段 上覆 基 岩 为 白垩 系 ３ Ｉ区
长沙 市轨 道交 通 ２号线一期 工程 五一 广 场站 为 １ ２号线换 乘 站 ， 车站周 边 环境 影 响 ， 、 、 受 １ ２号 线 的联络 线部 分 与五一 广场站 一芙蓉 广场 站 区间 左线 相接 ， 故本 段采 用 明挖法施 工 ， 区间其 余部 分 采用 盾构 法施 工［ 。 １ ］
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图 ５ 地 层 三 维 变 形 云 图
从 图 ５中 可 见 ， 越 ＜ ７１ 时 变 形 相 对 较 穿 －＞
大， 隧道纵 向表现 出显 著 的不 均 匀 沉 降 。地 表纵
发育。 ２ ２ 岩溶分 区 ．
开始 了轨 道交 通 的规划 和建设 。 由于岩溶 分 布的 广泛 性 ， 部分城 市 在 轨 道交 通 和市 政 建 设 中也 发 现 了岩溶 存在 的 情 况 ， 文 主要研 究 地 铁 盾 构 区 本
间 穿越岩 溶填 充 区的施 工力学行 为 。
１ 工 程 概 况
根 据勘察 场 地 的岩 溶 分 布 特点 ， 岩 溶 对 区 将 间隧道 工程 的影 响分 为 ４个 区段 ： （ ）岩 溶 Ｉ １ 区段 。该 段分 布 的 可溶 岩 主要 为
泥 灰岩及 炭质 灰岩 ， 局部 为灰 岩 ， 岩溶较发 育 。 （ ）岩溶 Ｉ 区段 。该 区段总体 以大 型溶沟 为 ２ Ｉ
隧道 纵 向位 爱 ｍ
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（ ）溶 蚀 堆 积 物 。包 括 ＜ ７ 溶 蚀 堆 积 物 、 １ ＞
＜７１ 溶 蚀堆 积 物 、 ７２ 溶蚀 堆积 物 。主要 －￣ ＜ —＞ 组成 成分 为流 塑 ～可塑状 的粘性 土 、 粗砂 、 密状 稍 卵石 等 。 （ ）灰岩 地层 。 主要 分 为灰 岩 、 ２ 泥质 灰 岩 、 炭 质 灰 岩 ３种 ， 风化 程 度 可分 为强 风 化 、 中风 化 、 微 风化 等 。 本场 地 的岩溶发 育较 强烈 ， 见洞 率较 高 ， 主要
向和横 向沉降均 呈现 Ｖ 字形 ， 中最 大沉 降 均小 其
及无 单元 法 （ Ｆ ） 。本 次 研 究 采 用 有 限差 分 ＥＭ 等 法， 采用 的软件 为 Ｆ ＡＣ Ｄ。 Ｌ ３ Ｆ ＡＣ的 基 本原 理 是 拉 格 朗 日差 分 法 ， 次 Ｌ 本 计 算采 用 Ｍｏ ｒＣ ｕｏ ｈ － ｏ ｌｍｂ准 则 。
收 稿 日期 ：Ｏ ２０－９ ２ １—１０
总第 ２ １ ５ 期 ２１ ０ ２年 第 ２ 期
Ｔｒ ｎ ｐ ｒａｉｎ Ｓ ｉｎ ｅ ＆ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｃｅ ｃ ｏ ｃ ｎ ｌｇ
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地 铁 区间盾 构 法 隧道 穿 越 岩溶 填 充 区 施 工 力 学 行 为 计算 分 析
五一 广场 站 一芙蓉广 场站 区间从 五一 广场 站 出发 后 ， 沿五 一大 道前行 ， 进人 芙蓉广 场站 。区间 采用 明挖 ＋盾 构法 施工 。 ２ 工程 地质概 况及 岩溶 分 区
２ １ 工 程 地 质 概 况 ．
泥质 粉砂 岩 ， 伏灰 岩 ， 灰 岩层位 分布规 律性较 下 但 差 ， 面起伏 较 大 ， 层 局部 突入 到隧 道之 内 。
２１年第 ２ ０２ 期
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珂： 地铁 区间盾 构法隧道穿越 岩溶 填充区施工力学行为计算分析
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弯 ， 对 衬砌 管片 纵 向应力 变 化 情况 ， 究 拱 顶 、 针 研 仰拱 的纵 向应 力 、 大 主应 力 、 小 主应 力 ， 拱 最 最 其
顶 和拱底 应 力值沿 纵 向分 布见 图 ６ 儿 。 ～
黄 珂
（ 中铁 第 四勘 察 设 计 院 集 团 有 限 公 司 武 汉 ４０ ６ ） ３ ０ ３
摘
要
地 铁 盾 构 隧道 穿 越 岩 溶 填 充 区 受 力 情 况 复 杂 ， 保 证 施 工 安 全 和 管 片 受 力 合 理 ， 用 有 为 采
限 差 分 程序 建立 数 值 计算 模 型 ， 过 计算 分 析 获 得 盾 构 穿 越 地 层 的受 力 情 况 。盾 构 隧 道 穿 越 岩 溶 通
填 充 区 时 虽 然会 产生 一 定 的地 表 沉 降 ， 在 安 全 范 围之 内 ， 片受 力 也 是 合 理 的 。 但 管
关 键 词 地 铁 盾 构 隧 道
岩溶 填 充 区
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有限差分
数 值 计 算 模 型
随着 城市 化 化进 程 的 加快 ， 来 越 多 的城 市 越
发 育在 灰 岩 中 ， 灰 岩 次 之 ， 质 灰 岩 基 本 不 泥 炭
（ ）岩溶 Ｉ 区段 。该 段 上 覆基 岩 为 白垩 系 ４ Ｖ
泥 质粉砂 岩较 厚 ， 岩埋 藏较 深 ， 钻孔揭 露深 度 灰 在 内未见 有溶洞 发育 ， 岩溶 对拟 建工 程基本 无影 响 。 ３ 计算 理论 地 铁盾构 区 间穿越 岩溶 填充 区的施 工力学 属 岩土力 学范 畴 。岩 土力 学 常用 的数值计算 方法 包 括有 限差 分法 （ ＤＭ） 有 限元 法 （ Ｅ 、 界元 Ｆ 、 Ｆ Ｍ） 边