H003周永伟风化岩中暗挖地铁稳定性分析

1、风化类岩石中暗挖地铁车站稳定性分析 作者：周永伟 Email： 地铁与地下工程研究中心(Subway and Underground Engineering Research Center)1编辑ppt主要内容1、背景意义2、风化岩开挖稳定性分析3、结论与展望2编辑ppt1、背景意义 2004年9月21号，上海轨道交通9号线一期工程施工过程中一条下水道发生破裂，造成700平方米的地面塌陷，对环境产生了非常恶劣的影响； 2007年12月17号，南京地铁2号线施工面突然发生断裂，导致市区主干道路面塌方，面积达30多万平方米，两棵10多米高的树掉入塌方处； 上海轨道交通4号线的施工事故，导致中山南路

2、847号一幢8层楼房裙房坍塌，靠近事故现场的20多层临江花园大楼出现倾斜。3编辑ppt 屡屡发生的地铁施工事故让人触目惊心，原因可能不尽相同，地质、勘察、设计、施工、监理等过程，甚至有的还存在工程被层层分包，施工单位没有施工经验等问题，每个方面的疏忽都可能酿成安全事故，但有一点是可以肯定的，事故折射出的问题一定包含技术上的失误。 由于地铁及地下工程项目目前不确定性、施工复杂性以及周边环境的影响，在施工过程中极易导致出现工程问题。通过数值方法对车站拟采用的施工方法开挖地铁车站时可能出现的问题进行预测，以便指导施工进程是一个非常有意义，而且值得深入研究的问题4编辑ppt2、风化岩暗挖稳定分析 岩体

3、在力场作用下的性质包括两个方面:岩体的变形特征和强度特征。主要的代表性力学参数包括:岩体变形模量、岩体抗剪强度指标C、值。 铁路隧道设计规范中给出各级围岩参数的选取建议值。但考虑到岩石的参数还受车站周边各种地质环境的影响应该对参数进行折减。2.1风化岩参数选取5编辑ppt1.收集并整理节理岩体工程区域的地质条件和水文情况，详细调查工程岩体的构造情况，结构面的分布等。2.测定岩体工程的某些点的地应力状况，确定岩体的地应力分布的特征函数，确定最大地应力的方向，了解岩体的非均匀性和非连续性特征。3.根据设计的相关标准和工程要求，合理安排岩体现场原位实验，若无条件进行岩体现场原位实验，则需要在地质调查

4、的基础上，确定典型岩体类型和岩体范围。4.根据规范的建议值，将岩石力学参数的计算值进行调整。 6编辑ppt2.1.1大连地铁风化岩实例（1）IV级围岩 中风化石英岩夹板岩、中风化碎裂状板岩、中风化板岩、微风化板岩，拱部无支护时可产生较大的坍塌， 侧壁有时失去稳定。（2）V级围岩 全风化板岩、全风化碎裂状板岩、强风化石英岩夹板岩、强风化碎裂状板岩、强风化板岩，围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，隧道浅埋时易出现地表下陷或坍塌至地表。（3）VI级围岩 素填土，围岩极易坍塌变形，有水时土、砂常与水一齐涌出，浅埋时易坍塌至地表。7编辑ppt8编辑ppt第一步：考虑黑石礁车站属于浅埋暗挖，

5、不存在较高的地应力状态，所以不用考虑地应力原因导致的折减。仅考虑时间效应，勘察中用的是新鲜岩体，实际工程中大面积开挖使基岩体暴露，岩体会因为失水、浸水、风化等因素，变成下一等级的岩体。第二步：考虑岩体分类中的范围及深度问题，当研究范围扩大几倍时，应该再记入围岩的节理，裂隙和发育问题对围岩力学性能的影响。尤其是裂隙贯通时对围岩的力学性能影响更大，为了偏于安全的考虑这些危险因素，建议继续将围岩的力学参数折减，可按照一半处理。第三步：折减后，全风化带岩石力学性能跟地表填土相似。为工程便利考虑，根据地层的力学参数，将强风化岩的上界定为岩土分界，其上地层划为土层，其下为岩层。9编辑ppt10编辑ppt

6、城市地铁的建设过程中，不可避免的会引起城市环境问题。隧道施工对环境的影响主要包括以下几方面的问题： (1)地下构筑物（主要包括各种地下管道和既有隧道以及隧道支护本身）的变形和开裂。 (2)地面建筑物的变形开裂和倾斜。由于地表的变形，特别是不均匀变形将导致房屋等地面建筑物开裂或倾斜。 (3)城市道路路面开裂和塌陷。2.2风化岩稳定性分析内容11编辑ppt 地下管道： 地下管线安全性判别方法可以分为两大类：应力判别法和管道张角判别法。应力判别法一般适用于刚性管,而管道张角判别法适用于柔性管。刚性管和柔性管的分类是按照管线是否设有可允许转动的接头来区分的 ,设有可允许转动接头的管道称为柔性管，否则为

7、刚性管。 地下结构： 地铁设计规范GB50157-2003中规定，地下结构应就其施工和正常使用阶段，进行结构强度的计算，必要时也应进行刚度和稳定性计算。地下结构设计中，应根据施工方法、结构或者构件类型、使用条件及荷载特性等，选用与其特点相近的结构设计规范和设计方法。2.2.1地下构筑物安全分析12编辑ppt 黑石礁车站上方箱涵为片石砌筑而成，属于典型的刚性管， 此类管线采用材料力学的第一强度理论进行强度校核。具体步骤如下: 计算地下管线的内力：弯矩和剪力 ,确定其所承受的最大弯矩和剪力; 确定地下管线截面最大应力 ,并与材料的容许应力比较判断其安全性。地下管线处于安全状态 ,强度需要满足下式:

8、 max 13编辑ppt 铁路隧道设计规范TB10003-2005中规定了按概率极限状态法设计的材料性能。混凝土结构设计规范GB 50010-2002规定包括受弯构件在内的各种混凝土构件的正截面承载力应按下列四个基本假定进行计算。 1截面应变保持平面； 2不考虑混凝土的抗拉强度； 3混凝土受压的应力与压应变关系曲线应按下列规定取用： 4纵向钢筋的应力应变关系方程为:14编辑ppt 1、墩台基础的沉降应按恒载计算，对于外静定结构有渣桥面工后沉降量不得超过80mm；相邻墩台均匀沉降量之差不得超过40mm。 2、对于外超静定结构，其相邻墩台沉降量之差的容许值，应根据沉降对结构产生的附加应力的影响而定

9、。 3、墩台桥面顺桥方向的弹性水平位移应符合下列规定：2.2.2地面建筑物稳定分析 L 桥墩跨度（m），当L24m时，L按24m计算； 墩台顶帽面处的水平位移（mm），包括由于墩台身和基础的弹性变形， 15编辑ppt16编辑ppt面层: 5cm(中粒式沥青混凝土) +8cm(粗粒沥青混凝土)基层:水泥稳定级配碎石，25cm(6%水泥)+25cm(3%水泥);计算参数：粗粒式沥青混凝土的弹模取为1300MPa，劈裂强 度值取为0.6MPa。计算结果：由此条件下算得满足粗粒式沥青混凝土劈裂要求所允许的最大沉降值为148mm。 2.2.3路面安全性分析 考虑行车的平整度要求，路面沉降率要求，车站主体

10、结构上方地表沉降一般要求满足控制在30mm。17编辑ppt 黑石礁车站上方地表沉降最大值为15.8mm，发生在车站主体隧道中轴线上方。18编辑ppt1，全风化岩力学参数按土的性质选取，强中风化岩按实际情况折减。2，风化岩中暗挖地铁车站对城市环境影响评价体系与其它地层相同。3，浅埋暗挖法修建处于风化岩层的地铁车站，通过浅埋暗挖法的设计理论可知，支护结构同时具备了新奥法和矿山法的受力特点，需要同时增强初期支护的延性和强度。2.3 结论19编辑ppt 通过对处于风化岩中的暗挖地铁车站的数值计算，可以预测设计施工方案的可行性。尽管预测结果能对施工起指导作用，计算精度也基本上能满足施工精度的要求，但可以肯定的说，数值分析的参数选取问题还一直是制约其发展的瓶颈