D0I:10.13374/i.issnl00103.2007.03.002 第29卷第3期 北京科技大学学报 Vol.29 No.3 2007年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing ar.2007 北京地铁五号线近接玉蜓桥施工的力学行为研究 宋卫东)王永清)马鹏姣)杜建华)张继清) 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教有部重点实验室，北京1000832)铁道第三勘察设计院，天津300142 摘要以北京地铁五号线近接玉蜓桥施工为工程背景，运用三维有限元程序ANSYS对地铁区间隧道的开挖过程进行模 拟，分析隧道开挖对玉蜓桥桥台及地面环境的影响，并将计算结果与实测结果进行对比分析·结果表明，按照设计要求施工， 地铁五号线近接玉蜓桥施工时，对地面环境和桥台的影响均可控制在设计允许的范围之内，无需采取额外的预加固措施， 关键词地铁五号线：区间隧道：近接施工：力学行为 分类号TU435:U231+.3 随着地下空间的广泛利用和城市地铁轨道交通 的发展，必然会有越来越多地近接既有地下结构物 2计算模型 进行近接施工的工程.由于像隧道这样的地下工程 有限单元法作为一种强有力的数值分析方法， 或岩土工程对开挖比较敏感，易受扰动，当新旧结构 已经被广泛应用于许多工程分析和模拟中，利用三 物比较接近时，如果不采取专门措施，则新建物的施 维有限元来模拟的地铁区间，能比较真实地反映工 工将会对既有结构产生不利影响，如结构承载能力 程实际，提供结构变化规律，从而为设计方案和施工 下降甚至破坏，变形过大或不均匀沉降造成周边建 方案的选择提供理论参考，减少施工风险，保证施工 (构)筑物破损或不能正常使用等，这类问题已经引 安全顺利地进行 起了地下工程界和岩土工程界的广泛重视.日本已 本文利用大型三维有限元程序ANSYS,结合正 将近距离条件下地下结构施工定义为“邻接施工影 在建设的北京地铁五号线，分析了区间近接施工对 响问题”，给予高度重视，随着我国地铁交通事业的 玉蜓桥桥台及地面环境的影响， 飞速发展，近距离施工问题也大量涌现，给设计和施 2.1最不利工况的确定 工带来了极大难题].地铁开挖的研究方法主要 根据设计施工图资料，可确定出五号线邻接玉 包括：现场实测分析刊、物理模型实验和数值模 蜓桥桥台施工的最不利工况为左线里程K3十 拟计算[0]等. 951.968处，两者的平面位置关系如图1所示，桥台 1 工程概况 1离隧道左线中线水平距离仅有0.1m 2.2模型设计 北京地铁五号线天坛东站一蒲黄榆站区间从标 为了减少计算量并满足实际计算需要，对整个 段起点（里程K3十104）以线间距14.8m的两个单 结构进行了必要的简化：截取受穿越段施工影响较 洞形式下穿越蒲黄榆路并向北延伸，在玉蜓桥前线 大的范围作为计算域；地表作用30kPa的均布荷载 间距逐渐变大分叉（左右线间距为30.2m)经玉蜓 (地面静载和车动载荷分别按10和20kPa考虑)： 桥立交桥两侧，穿过南二环路、京广铁路、南护城河 每个桥台作用有200kPa的均布荷载（桥面人行荷 以及南护城河桥后，线间距逐渐变为16.8m,然后 载、桥面自重、桥柱自重、桥台自重)·计算模型如 沿天坛东门站进入北京市旧城区，在左线K3十 图2和图3所示，对于结构土体选用S0LID45单 951.968处上部为玉蜓桥桥台，左线隧道中线距桥 元，本构关系采用DP准则.隧道混凝土衬砌及桥 台的水平距离仅为0.1m,穿越后桥台的位移变化、 台选用SOLID65单元，本构关系采用CONCRETE 相应的地表沉降均是未知的，从而造成施工时的 模型 风险 2.3计算参数的选取 收稿日期：2005-12-26修回日期：2006-03-07 根据《天坛东门站地质纵断面图》的工程地质描 基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(Na~NCET一 述，将其综合归并为三层土体，具体为人工堆积层 04-0102) 作者简介：宋卫东(1966一)，男，教授，博士生导师 Q(由粉土、素填土、杂填土、炉灰、圆砾土组成)、第北京地铁五号线近接玉蜓桥施工的力学行为研究 宋卫东1） 王永清1） 马鹏姣1） 杜建华1） 张继清2） 1） 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室‚北京100083 2） 铁道第三勘察设计院‚天津300142 摘 要 以北京地铁五号线近接玉蜓桥施工为工程背景‚运用三维有限元程序 ANSYS 对地铁区间隧道的开挖过程进行模 拟‚分析隧道开挖对玉蜓桥桥台及地面环境的影响‚并将计算结果与实测结果进行对比分析．结果表明‚按照设计要求施工‚ 地铁五号线近接玉蜓桥施工时‚对地面环境和桥台的影响均可控制在设计允许的范围之内‚无需采取额外的预加固措施． 关键词 地铁五号线；区间隧道；近接施工；力学行为 分类号 TU435；U231＋∙3 收稿日期：20051226 修回日期：20060307 基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目（No．NCET－ 04－0102） 作者简介：宋卫东（1966－）‚男‚教授‚博士生导师 随着地下空间的广泛利用和城市地铁轨道交通 的发展‚必然会有越来越多地近接既有地下结构物 进行近接施工的工程．由于像隧道这样的地下工程 或岩土工程对开挖比较敏感‚易受扰动‚当新旧结构 物比较接近时‚如果不采取专门措施‚则新建物的施 工将会对既有结构产生不利影响‚如结构承载能力 下降甚至破坏‚变形过大或不均匀沉降造成周边建 （构）筑物破损或不能正常使用等．这类问题已经引 起了地下工程界和岩土工程界的广泛重视．日本已 将近距离条件下地下结构施工定义为“邻接施工影 响问题”‚给予高度重视．随着我国地铁交通事业的 飞速发展‚近距离施工问题也大量涌现‚给设计和施 工带来了极大难题［1－3］．地铁开挖的研究方法主要 包括：现场实测分析［4］、物理模型实验［5］ 和数值模 拟计算［6－10］等． 1 工程概况 北京地铁五号线天坛东站－蒲黄榆站区间从标 段起点（里程 K3＋104）以线间距14∙8m 的两个单 洞形式下穿越蒲黄榆路并向北延伸‚在玉蜓桥前线 间距逐渐变大分叉（左右线间距为30∙2m）经玉蜓 桥立交桥两侧‚穿过南二环路、京广铁路、南护城河 以及南护城河桥后‚线间距逐渐变为16∙8m‚然后 沿天坛东门站进入北京市旧城区．在左线 K3＋ 951∙968处上部为玉蜓桥桥台‚左线隧道中线距桥 台的水平距离仅为0∙1m‚穿越后桥台的位移变化、 相应的地表沉降均是未知的‚从而造成施工时的 风险． 2 计算模型 有限单元法作为一种强有力的数值分析方法‚ 已经被广泛应用于许多工程分析和模拟中‚利用三 维有限元来模拟的地铁区间‚能比较真实地反映工 程实际‚提供结构变化规律‚从而为设计方案和施工 方案的选择提供理论参考‚减少施工风险‚保证施工 安全顺利地进行． 本文利用大型三维有限元程序 ANSYS‚结合正 在建设的北京地铁五号线‚分析了区间近接施工对 玉蜓桥桥台及地面环境的影响． 2∙1 最不利工况的确定 根据设计施工图资料‚可确定出五号线邻接玉 蜓桥桥台施工的最不利工况为左线里程 K3＋ 951∙968处‚两者的平面位置关系如图1所示‚桥台 1离隧道左线中线水平距离仅有0∙1m． 2∙2 模型设计 为了减少计算量并满足实际计算需要‚对整个 结构进行了必要的简化：截取受穿越段施工影响较 大的范围作为计算域；地表作用30kPa 的均布荷载 （地面静载和车动载荷分别按10和20kPa 考虑）； 每个桥台作用有200kPa 的均布荷载（桥面人行荷 载、桥面自重、桥柱自重、桥台自重）．计算模型如 图2和图3所示．对于结构土体选用 SOLID45单 元‚本构关系采用 D－P 准则．隧道混凝土衬砌及桥 台选用 SOLID65单元‚本构关系采用 CONCRETE 模型． 2∙3 计算参数的选取 根据《天坛东门站地质纵断面图》的工程地质描 述‚将其综合归并为三层土体‚具体为人工堆积层 Q ml 4 （由粉土、素填土、杂填土、炉灰、圆砾土组成）、第 第29卷 第3期 2007年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．3 Mar．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．03．002