管棚支护下地铁隧道矿山法开挖的数值模拟研究

在进行地铁隧道矿山法施工时，如何有效控制地表沉降是施工过程中面临的一个重要问题。本文以南京地铁某区间的矿山法施工为例，通过数值模拟研究，探讨了管棚支护技术在地铁隧道开挖中的应用及其对地表沉降的控制效果。 文章介绍了矿山法施工的特点及对地表沉降控制的重要性。矿山法施工是指在地下工程中采用的施工方法，其对地表沉降的控制非常严格，因为地表沉降的大小直接反映了矿山法掘进对土体的影响程度，以及矿山施工掘进参数设置的合理性。管棚注浆作为一种常用的超前支护技术，通过其较大的惯性力矩作用，起到了防止土体坍塌和地表严重下沉的效果，从而保证正常掘进和后续支护工艺的安全进行。该技术因不需要大型机械设备、施工工艺简单、效果明显等优势，在地下工程中得到了广泛应用。 接着，作者提供了工程概况的描述。以南京地铁上海路至新街口的地铁矿山法掘进区间为实例，介绍了该区间的具体设计和地质条件。该区间地质条件复杂，属于古河道漫滩地貌，基岩埋藏较深，土层主要为杂填土、素填土以及新近沉积土等软弱土层。围岩划分为Ⅳ-Ⅴ类，属于极软岩。围岩的物理力学参数在文中给出了详细的表格，为后续的数值模拟提供了基础数据。 在仿真计算模型及计算理论方面，作者说明了计算模型中条件的适度简化方法。例如，通过提高围岩参数的方法模拟管棚及小导管注浆的加固效果。文中提出了管棚注浆的加固圈厚度的计算公式，并基于理想弹塑性模型本构关系和Mohr-Coulomb屈服准则，对围岩、管棚及导管加固土体、混凝土初期支护、挖掉的空隙单元等材料本构模型进行了描述。 在数值模拟结果及分析部分，作者详细阐述了模拟施工步骤及结果。通过模拟隧道开挖前预注浆加固地层的过程，并采用短台阶法施工，先加固后开挖的施工方法，体现了管棚注浆在实际工程中的应用效果。最终通过模拟分析了采用管棚和未采用管棚两种情况下隧道施工的应力场和位移场的变化，定量分析了管棚注浆的加固效果。结果表明，管棚加固在地铁隧道矿山法施工中起到了关键作用，有效控制了地表沉降。 本文针对管棚支护下地铁隧道矿山法开挖进行了数值模拟研究，详细探讨了管棚注浆技术在控制地表沉降中的应用效果，并结合具体工程实例进行了分析。通过该研究，为类似工程的施工实践提供了应用指导和技术参考，同时，也为地下工程领域中管棚支护技术的进一步研究和发展指明了方向。