摘要:保护区域内的大面积堆卸载对地下轨道交通具有较大影响,本文应用有限元软件(MI-DAS-GTS)分析大面积堆卸载对轨道交通区间短段隧道竖向变形的影响,并得出结论。

    关键词:地下轨道交通;卸载;堆载;换填;有限元分析
 
    1 引言

    轨道交通是城市公共交通系统的一个重要组成部分,有地铁、轻轨等多种类型,和其他公共交通相比具有以下特点:用地省;运能大;每一单位运输量的能源消耗量少,因而节约能源;采用电力牵引,对环境的污染小。随着城市规模的扩大,四通八达的轨道交通形成了城市交通的主动脉,然而地面的各种建、构筑物对于轨道交通的施工和运行会存在一定的影响,尤其是地铁。根据相关条例:地铁隧道两侧外各50m范围内属于保护区域。在此范围内的工程设计须考虑对地铁的保护措施。

    2 工程概况

    新建的某大型景观公园绿地的规划用地面积约30hm2,其下,恰有一条已建的地下轨道交通线穿越公园用地。根据《上海市轨道交通管理条例》地铁隧道两侧外各50m范围内属于保护区域,在此段范围内的设计须考虑对地铁的保护。以下为针对该公园工程跨越地铁部分的保护设计方案。

    公园内涉及须对地铁进行保护的区域范围约为1.7万m2。该区域内为公园土坡,地面标高从5.50m~7.0m(绝对标高)渐变,原场地标高为4.50m(绝对标高),这部分增加的填土荷重将对地铁产生较大的影响。因此,设计考虑采取替换卸载的方式减轻新增的荷重,即在设计标高范围内使用挤塑板换土的方法,达到降低荷载的目的,满足地铁保护的需要。

    根据计算分析,在即满足地铁保护需要, 又满足挤塑板抗浮要求前提下,轻质挤塑板换填厚度需3.2m左右。场地最高填土为2.5m,故先从场地现状标高(4.500m)基础往下挖2.3m,其中1.6m为挤塑板,0.7m为现状土;再从场地现状标高(4.500)基础上往上堆2.5m,达到7m标高,其中,1.6m为挤塑板置换的土,0.9m为新增加的土(如图1-1~2)。

    用挤塑板换土的方法能达到减轻荷重保护地铁的要求,然而实际施工过程中现状土方挖除时会减少地铁上覆荷载,使地铁产生上浮,虽然施工期该地铁正处于调试期未正式投入使用,但分析挖土时对地铁产生的影响是否在允许范围以内也是必须的。
 
    3 分析与设计

    针对本工程先卸载后堆载的情况,在确定保护性施工方案之前应进行相关的计算分析。

    3.1 计算模型

    本设计采用岩土隧道结构专用有限元分析软件MIDAS/GTS进行三维有限元分析。工程场地属于软弱地基,土层分布基本均匀,模型采用区域模拟地层(X*Y*Z:135m*181m*50m),将每层土与地铁隧道结构壁按实际情况输入,并进行合理的有限元网格划分。土体定义采用D-P本构模型,本构模型是反映物质宏观性质的数学模型(是一种将变形的应变张量与应力张量联系起来的关系式计算方程),能反映连续介质的固有本性即自然规律。程序通过对模型部分土体进行钝化(开挖)和激活(填筑)来模拟施工换填的每一相应步骤,最终经有限元计算分析得出模型内每一网格单元在不同施工阶段的应力、应变值。

    有限元模型采用的材料物理力学参数如表1所示。本工程的三维有限元模型如图2所示。

    3.2 施工过程分析

    3.2.1 挖土

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