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城市地铁施工对浅表地基影响及防治措施的数值分析
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论文导读：图2是为Lorenz教堂所建的FLAC3D模型。地基和隧道支护力学参数表3。在未来的地铁隧道施工中。用数值模拟的方法。数值模拟，城市地铁施工对浅表地基影响及防治措施的数值分析。
关键词：FLAC3D，城市地铁，地基，隧道，数值模拟
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0引言
浅埋暗挖法在北京地铁建设中成功应用以来，在上海、成都、广州、深圳、南京等地的地铁施工中都采用了此法，在未来的地铁隧道施工中，浅埋暗挖法具有非常广阔的发展前景。在地铁的建设中，人们最关心的是地铁隧道施工对城市环境的影响，即对已有临近城市地下管线、房屋基础及道路交通等的正常使用，因此，准确预测及现场的测量反馈施工引起的现场地层变形及其影响范围对施工安全和设计都是十分重要的[6]。
地铁隧道施工中对现场环境的检测可以指导地下工程施工，由此调整施工工艺和设计参数，反分析隧道结构受力和地层变化规律。以现有的工程的测量数据，对相似地质条件下的复杂工程进行对比参考设计，在重要路段，用数值模拟的方法，就地铁施工对地表已有城市建筑的影响进行预测，及时改变施工和设计方法，在现今的城市轨道交通的设计中有着非常实用的应用领域。此文以一具体地铁工程实例，用数值模拟方法对城市地铁隧道施工对浅地表高层建筑地基的影响及防治措施来进行分析，起到抛砖引玉的作用[6,7]。
1工程概况
图1地铁计算截面[1]
某市的地铁一号线横穿整个老城区，并且要在Lorenz教堂旁施工，Lorenz教堂历史悠久是某市的标志性建筑，所以对工程有着特殊的要求，不能因为地铁施工影响到教堂的结构安全。地铁由两个隧道组成，某市的地铁一号线横穿整个老城区，并且要在Lorenz教堂旁施工，Lorenz教堂历史悠久是某市的标志性建筑，所以对工程有着特殊的要求，不能因为地铁施工影响到教堂的结构安全。地铁由两个隧道组成，并且两隧道同时开挖，其空间布局和地质情况如图1所示，地下水位为地表以下10.3m，隧道开挖所属的地层伴有沙层，施工难度很大，隧道附近的地层按照实地勘察和实验数据，大致分为两层，厚度及物理力学参数见表1。毕业论文，数值模拟。毕业论文，数值模拟。
地层物理力学参数表1[1]
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地层
厚度/m
体积模量/Mpa
剪切模量/Mpa
泊松比
密度kg/m
软土砾砂层
4.3
6.67
4
0.25
1800
砂岩层
20
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0.25
2200
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隧道设计断面如图1所示，支护设计为混凝土C20与格栅钢架（主筋?22）、锚索（R25/4外径/壁厚,L长度=3.5m,间距750mmx800mm）的联合支护，总厚度达20cm。图1的左上表示的是Lorenz教堂的南地基，也是受隧道建设影响最大的地方，地基基础的埋深为-5.3m。
2确定计算参数,建模和计算
2.1定义物理力学参数
图2是为Lorenz教堂所建的FLAC3D模型。近地表的方块表示的是软土砾砂层，其下都表示为砂岩层，中间P2所指的块体表示的是Lorenz教堂的两个地基，在砂岩地层中的两个半径为5m的圆形面积，表示的是待挖的隧道。P1、P2和P3分别表示来自教堂的不同建筑荷载，其具体数值和含义见表2。
图2Lorenz教堂在程序FLAC3D里的计算模型
荷载定义表2
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P1
教堂下，除了地基以外的面荷载
0.0726MPa
P2
教堂地基的荷载
0.7775MPa
P3
教堂地基之间的荷载
0.0186MPa
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在FLAC3D程序里，对Lorenz教堂的地基基础和隧道支护的物理力学特性将按照表3进行定义：
地基和隧道支护力学参数表3
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体积模量/MPa
剪切模量/MPa
泊松比
密度Kg/m3
教堂地基
8333.33
6250
0.2
2500
隧道支护
10416.67
8474.58
0.18
2500
表1中没有对砂岩的体积模量和剪切模量进行定义，是因为考虑到砂岩的体积模量和剪切模量不是常数。通过对工地现场采样的岩石样品进行三轴压缩力学实验，得到图3的结果。由图3得知，砂岩的压缩模量随着围压的增加而增大，也就是说，砂岩的弹性模量E是随地层的深度增加而变大的，所以砂岩实际的剪切模量和体积模量是随深度的变化而变化的。在本文中，将通过FLAC3D模拟出砂岩随深度变化的物理特性,更好地与真实情况相贴近。
图3砂岩实验室测量结果(三轴压缩实验TC)[2]
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将图3中的实验数据通过FLAC软件的程序语言输入软件中，经过计算得到了图4(杨氏模量在地层中的分布)的计算结果。由于软土砾砂层的成份分布复杂，按照[1]为了方便计算和定义软土砾砂层的弹性模量统一定义为10MPa。
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图4杨氏
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