¿Análisis de la tensión estructural y el asentamiento superficial de los túneles superpuestos del metro de Shenzhen?

1 Introducción

El túnel entre la estación Guomao y la estación Laojie del proyecto de la Fase I del Metro de Shenzhen está ubicado en las prósperas áreas de Guomao y Laojie de la ciudad de Shenzhen, con carreteras terrestres que lo cruzan. Debido a la influencia de la ubicación de la estación de metro y los cimientos de los edificios a lo largo de la línea, las líneas derecha e izquierda de la sección están dispuestas en una disposición superpuesta arriba y abajo. La estructura del túnel está diseñada como un único orificio doble. estructura de capas superpuestas, y se construye utilizando el método de entierro poco profundo y excavación oculta.

Debido a los complejos efectos estratigráficos y al comportamiento mecánico estructural provocados por la construcción de estructuras de doble capa de un solo orificio, esto traerá grandes dificultades para la seguridad estructural y el control del asentamiento superficial durante la construcción. Por lo tanto, es muy necesario comprender su mecanismo de tensión y control del asentamiento superficial. Este artículo lo estudia a través de tres aspectos: análisis numérico, prueba de modelos y medición de campo.

2 Análisis de simulación numérica de la construcción de túneles superpuestos

2.1 Método de análisis numérico

El cálculo de simulación de la construcción de túneles superpuestos de doble capa y un solo orificio utiliza el método de gran tamaño. software de elementos finitos a escala ANSYS. La excavación y la construcción del revestimiento se simulan mediante el método de activación de la unidad y cambio de parámetros del material. El límite superior es el suelo. que es una superficie libre. Tanto los lados como las superficies inferiores están sujetos a restricción normal.

Para la construcción de túneles superpuestos, primero se debe construir la capa superior y luego la capa inferior. Los pasos específicos son los siguientes: ① Calcular el campo de tensión de autogravedad de la roca circundante. ② Soporte avanzado. y excavar el escalón superior; ③ Atornillar y rociar el soporte del escalón superior Proteger e implementar invertidos temporales ④ Realizar soporte avanzado y excavar los escalones inferiores; ⑤ Realizar soporte de granallado de anclaje e implementar los escalones inferiores; , lo mismo que 2 a 5 arriba.

2.2 Análisis de los resultados del cálculo

2.2.1 Fuerza interna del revestimiento

Ver Tabla 1 para la superestructura.

2.2.2 Asentamiento superficial

Mediante cálculo, el desplazamiento superficial es pequeño, con un valor máximo de tan solo 6,7mm, lo que no provocará mayores daños a la superficie. Los resultados del cálculo se muestran en la Figura 1.

Este artículo también calculó y analizó las condiciones de trabajo de abajo hacia arriba. Cuando se excava primero el pozo inferior, el asentamiento superficial es aproximadamente el 50% del asentamiento superficial total, pero el asentamiento superficial total se excava a partir de. de abajo hacia arriba La cantidad es mayor que la de la excavación de arriba a abajo. Por lo tanto, es más científico y práctico utilizar el método de excavación de arriba a abajo en la construcción de túneles de doble capa de un solo orificio. y práctico pre-soportar el arco para formar un arco de soporte y excavar la parte inferior bajo su protección.

3.1 Introducción a la prueba del modelo plano

La relación de similitud geométrica del modelo plano se toma como 10. El modelo de prueba plano se basa en el tamaño de la sección transversal del túnel y la profundidad del entierro, teniendo en cuenta los efectos de los límites, y el tamaño de la ranura del modelo es 3,40 m (ancho) x 3,70 m (alto) x 0,48 m (espesor).

La prueba simuló estrictamente el proceso de construcción y se utilizó el método de construcción de pasos positivos para la excavación de la estructura de doble capa de un solo orificio.

3.2 Análisis de los resultados de la prueba del modelo plano

3.2.1 Fuerza interna del revestimiento

Los resultados de la prueba del momento flector del revestimiento y la fuerza axial del revestimiento se muestran en la Figura 2 y Figura 3. En la figura, la unidad de momento flector del modelo es N·m, la unidad de momento flector severo es kN·m,

La unidad de fuerza axial del modelo es N y la unidad de fuerza axial del prototipo es kN.

A través del análisis de fuerzas internas, se puede ver que la construcción de la parte superior primero y luego la inferior puede desempeñar mejor el papel del anillo de refuerzo del arco y el revestimiento del orificio superior. grande, pero puede hacer que el revestimiento del pozo superior desempeñe plenamente su papel en la roca circundante débil y proteja la excavación del pozo inferior. Al construir una estructura de doble capa con un solo orificio, primero hacia arriba y luego hacia abajo, la base de la pared debe ensancharse para evitar una tensión excesiva.

3.2.2 Asentamiento superficial

La curva de asentamiento superficial se muestra en la Figura 4 (los valores del prototipo están entre paréntesis en la figura). Los resultados de las pruebas muestran que el asentamiento en el primer paso de la excavación de doble capa de un solo hoyo representa la gran mayoría del valor total, y casi no hay superposición en excavaciones posteriores, y el efecto es muy obvio.

4 Análisis de medición in situ

4.1 Presión de la roca circundante

El patrón cambiante de la presión de la roca circundante es relativamente obvio. A medida que la roca circundante se perturba y relaja aún más por la excavación de los escalones adyacentes, la presión de la roca circundante en la bóveda y el pie del arco ha ido aumentando, pero la tasa de aumento es pequeña, que está básicamente sincronizada con la tasa de hundimiento de la bóveda. A medida que la superficie de la excavación avanza, el hundimiento de la superficie de la sección, el hundimiento de la bóveda y el desplazamiento del espacio interno tienden a converger, y la presión de la roca circundante también tiende a ser estable. La presión de la roca circundante en la bóveda es de 0,13 MPa. Si el túnel poco profundo es El valor calculado de la presión del suelo suprayacente es 0,29 MPa, lo que muestra que el "efecto arco" del círculo de refuerzo es obvio. La misma presión de la roca en el pie del arco es de 0,23 MPa.

Una vez que la deformación se estabiliza, la presión de la roca circundante en cada punto de medición de toda la sección y su distribución se muestran en la Figura 5. El rango de valores es 0,15 ~ 0,23 MPa, lo que muestra que la estructura tiene un cierto grado de seguridad.

4.2 Hundimiento superficial

La proporción de asentamiento en cada etapa de construcción con respecto al hundimiento total es: hundimiento avanzado 17 %, excavación del escalón superior 34 %, excavación del segundo escalón 34 % 29 % para excavación, 13% para excavación de tres pasos y 7% para excavación de cuatro pasos. Según los 13 puntos de medición dispuestos en la superficie del terreno, el rango de influencia de la excavación del túnel sobre el asentamiento de la superficie de la sección transversal es de aproximadamente 1,5 D desde la línea central del túnel. La distribución del asentamiento en la dirección de la sección transversal causado por la excavación de cada escalón se muestra en la Figura 6. Aunque el valor de asentamiento superficial medido real es mayor que el valor de referencia de cálculo, prueba y diseño (30 mm), la regla de que el asentamiento causado por la excavación del túnel superior representa la mayoría y la superposición del túnel inferior es muy pequeña es consistente con la prueba y el cálculo, reflejando el beneficio ascendente primero y luego a la baja.

5 Conclusiones y sugerencias

(1) Para túneles superpuestos, el proceso se ha optimizado mediante análisis de simulación numérica y se recomienda adoptar la construcción primero arriba y luego abajo. método para reducir el asentamiento superficial;

(2) El análisis numérico se verificó mediante pruebas de modelo y mediciones en el sitio. La regla de que la excavación del túnel superior del túnel superpuesto causó la mayor parte del asentamiento y. la superposición del túnel inferior fue muy pequeña es consistente con el cálculo numérico. El "efecto de protección del arco" del revestimiento del túnel superior "Obviamente, refleja los beneficios de subir primero y luego bajar;

(3) El valor de asentamiento superficial medido en el sitio es mayor que el valor calculado y experimental. Esto se debe a las precipitaciones, los escalones, las rocas circundantes y el tiempo de cierre de la construcción.

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