西安地铁暗挖隧道施工（共8篇）
摘 要：论述了雍和宫站—和平里北街站区间段左线暗挖穿越环线地铁施工技术，通过暗挖施工过程中所采用的一系列技术措施，确保了环线地铁的沉降值远低于预期沉降值，为北京市类似穿越地铁隧道施工提供了成功案例。
关键词：浅埋暗挖；地铁隧道；沉降值；注浆 工程概况
雍和宫站—和平里北街站暗挖穿越环线地铁既有线是北京地铁5 号线 18 标土建施工的重要组成部分，区间北起地坛公园南门东侧盾构竖井，南至雍和宫站。左线 K12＋318.000—K12＋366.525 段下穿环线地铁，长度为 48.525 m，其中完全处于环线地铁底板下的长度为22.9 m。穿越环线地铁区间地面标高 44.0 m，新建暗挖隧道埋深22.5 m，其顶板与环线地铁底板下表面相距229～368 mm，新建暗挖隧道施工时，可见现况隧道底板下表面。暗挖隧道与环线地铁隧道的纵断关系如图1 所示。
新建暗挖隧道主要穿越粉质黏土、黏土、夹粉土层。穿越环线地铁的隧道大部分进入潜水层，未进入承压水层。左线区间穿越环线地铁的隧道断面为矩形，隧道净空尺寸为：高 4.85 m×宽 4.3 m，C20 早强湿喷混凝土初衬厚度为350 mm，C30 混凝土二衬厚度为500 mm。由于新建地铁暗挖隧道紧贴环线地铁底板，受雍和宫地铁车站的影响，左线区间隧道结构形式为平顶直墙，隧道截面尺寸祥见图 2。
隧道初期支护钢格栅由4Ф25 mm 钢筋焊接而成，钢格栅间距为500 mm，钢筋网为Ф6@150 mm×150 mm，喷射混凝土强度C20。
该工程的安全质量控制目标：施工期间保证环线地铁的运行安全，环线地铁的最终沉降量控制在 20 mm之内；保证新建隧道的施工安全，工程质量达到设计要求。施工工艺
穿越隧道采用平顶直墙暗挖法施工，主要分为土方开挖、初期支护、防水、二次衬砌等几个阶段，工艺流程见图3。
根据地质条件、隧道长度、断面大小、埋置深度及地面环境条件等因素，该段隧道设计施工方法为交叉中隔壁法（CRD法）。之所以采用交叉中隔壁法进行施工，主要是从环线地铁的安全角度考虑，该工法具有地层沉降小、隧道防水效果好等施工方面的优势[1]。环线地铁结构沉降控制技术
该工程中，暗挖法穿越环线地铁是北京地铁 5 号线施工的“5A”级危险源之一，确保环线地铁的沉降值小于预计值，保证环线地铁的运行安全是该段暗挖隧道施工的最重要目标。为保证环线地铁的沉降量小于预计值，采取了多项施工管理和技术措施。3.1 施工组织管理动态化
“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”是浅埋暗挖法施工的“十八字”方针，为保证施工目标的实现，采取一定的管理措施是十分必要的。3.1.1 人员安排
在该段隧道施工中，对管理人员、技术人员以及作业人员合理组织。将管理人员及作业人员分为 3 班，每个作业队除有带班队长外，另安排安全员、技术员、质控员以及施工员各1 名。明确每班的作业任务，由现场技术人员监督每道工序。对作业人员全面进行安全及技术交底，严格交接班制度。每班作业完成后，需由现场施工人员、安全人员签字后方可下班。3.1.2 作业循环控制 为达到理想的施工效果，将初衬施工作业作为关键工作进行控制，初衬施工 1 个作业循环（掘进 0.5 m）为：土体加固→上部土方开挖→安拱顶及侧壁钢拱架及格栅→湿喷混凝土封闭→下部土方开挖→安装侧壁及下部钢拱架及格栅（锁角锚杆施工）→湿喷混凝土封闭。4 个导洞均采用上下台阶法进行作业，每个作业班组须完成最后的作业循环后方可进行交接班。禁止在作业循环未完成时进行交接班工作。通过作业循环的限定，保证了施工的连续性，做到了不间断施工。3.1.3 施工与监测相结合
勤量测是浅埋暗挖“十八字”方针的重要内容，合理、准确、有效的监测成果，是采取各种技术措施的前提。该段隧道施工中，除监测新建隧道外，还对既有线进行了细致的监测，以确保施工质量及安全。
主要监测项目有：
1）环线地铁结构沉降监测；
2）环线地铁轨道沉降监测；
3）轨道水平变化监测；
4）轨距变化监测；
5）环线地铁结构变形缝监测。
施工中对环线地铁的监测采用实时动态监测系统，作为施工监测的重要环节。鉴于该项目的具体要求，采用了具有较高技术要求的智能化远程监测系统[2]。该监测系统全面实现自动化：自动进行数据采集、自动进行数据分析、自动进行数据报警，及时完成数据信息的反馈，为环线地铁安全运营提供及时的判定依据。
该段隧道施工，在掌子面施工至既有外环线附近时，结构沉降值一度达到 2.1 mm，最大速率达到0.6 mm/d。当信息及时反馈后，马上停止开挖，并进行背后注浆。注浆过程也是在实时动态监测下进行的，根据监测数据的变化对注浆压力、注浆位置、注浆量进行调整。通过监测数据分析和施工技术的紧密结合，既有线结构底板的沉降趋于缓和，沉降速率在0.1～0.4 mm/d 之间波动。3.2 施工过程沉降控制技术措施
浅埋暗挖法施工要达到理想的施工效果，除需严格按照技术规程进行作业外，还必须在施工过程中采取有针对性的技术措施，才能取得良好的施工效果。3.2.1 水治理
该工程对于上层滞水，尤其是既有线结构侧墙外侧的滞水，采用预留导水管及时排出洞外，防止该处滞水由初衬结构与既有线结构底板的缝隙进入掌子面。对于潜水采取水平辅射井的方法进行降水，经施工检验，达到了理想的降水效果。3.2.2 初衬施工
初衬施工是暗挖法施工过程风险最大，引起沉降量最大的阶段，必须采取多项技术措施保证初衬施工时环线地铁结构沉降量小于预计值。
1）土体加固
结合实际情况，将设计隧道的土体进行分类，采取合理的加固措施。对于既有线肥槽内的回填杂土，采用渗入注浆法加固；对地铁新建隧道西侧的原状土体，由于其以砂及黏土为主，故采用劈裂注入法加固。在开挖断面两侧进行小导管超前注浆加固，小导管采用Ф32 厚壁钢管，管长 3.5 m，环向间距为 0.3 m，纵向间距为1.0 m，外插角 7～10 °，注浆材料采用超细水泥，以起到加固隧道周围土体的作用[3]。超前小导管注浆包括封闭工作面、钻孔、安设小导管、注浆、效果检验等工序。水泥浆水灰质量配合比为 1∶ 0.5，水泥中添加2 %～3 %的促凝剂。注浆时，同时控制注浆压力及注浆量，注浆压力初始值不得大于0.1 MPa，作业中分级、逐步升压至控制压力，填充注浆压力控制在0.1～0.5 MPa 之间[4]。注浆量控制综合考虑地层情况，单管浆液扩散半径以0.5～1.0 m，土体孔隙率按 2 %～3 %考虑，综合单管注浆量计算整排导管注浆量，以整排导管注浆量推算总的注浆量。
注浆过程中出现异常情况时，可采取下列措施[5]：
①降低注浆压力或采取间隙注浆； ②加强注浆效果检查，一是以进浆量来检查注浆效果，二是在开挖隧道后检查地层固结厚度，如达不到要求，要及时调整浆液配合比，改善注浆工艺；
③为防止孔口漏浆，在花管尾端用麻绳及胶泥（水泥+水玻璃）或喷射混凝土，封堵钻孔与花管间的空隙；
④注浆的次序由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆。
通过超前小导管注浆对两侧土体进行加固，满足了施工要求。
2）土方开挖
完成土体加固后，对加固后的地层进行开挖。共设4 个导洞，各导洞均采用上下台阶开挖法，先开挖上台阶的环形拱部，留核心土，当初期支护施工完成后，再开挖核心土，上台阶长度控制在 3 m 左右。
为控制开挖因素引起的环线地铁沉降，在①号、②号导洞施工时，缩短两个导洞的开挖步距，减少纵向土体的扰动距离；及早施工②号导洞初衬，完成半侧洞体初衬结构，形成对环线地铁的支撑体系，为③号、④号导洞开挖施工创造有利条件。
土方开挖须做到：
①上、下断面台阶长度控制在 3 m 左右。
②开挖轮廓线充分考虑施工误差、预留变形和超挖等因素的影响，参照以往施工经验及沉降控制标准，拟定超挖量控制在5～7 cm，施工时可根据监测结果进行调整。
③开挖前应采取超前预支护和预加固措施，做到预加固、开挖、支护三环节紧密衔接。当地层自稳能力差或开挖工作面停工时间较长时，采取增加临时仰拱、喷混凝土封闭掌子面等辅助施工措施。
④开挖过程中，上半断面采用环形开挖，尽可能多保留核心土；下半断面开挖时，边墙采用单侧或双侧交错开挖，仰拱尽快开挖，缩短全断面封闭时间。
⑤开挖掌子面需超前用砂浆锚杆进行全断面支护（不小于3 m），并及时封闭掌子面。
⑥增加过环线地铁处暗挖段隧道的净空尺寸，隧道顶板直接紧贴环线地铁底板垫层，之间不留土层。
⑦作好开挖的施工记录和地质断面描述，加强对洞内外的观察。
⑧区间隧道不得欠挖，对意外出现的超挖或塌方采用喷混凝土回填密实，并及时进行背后回填注浆。
⑨开挖过程中必须加强监控量测，当发现拱顶、拱脚和边墙位移速率值超过设计允许值或出现突变时，要及时施工临时支撑或仰拱，以形成封闭环，控制位移和变形。
⑩在开挖前进行超前地质探测，探测范围为掌子面前方4～5 m，发现土质变化及含水量增大时及时采取措施，处理完后可继续施工。
3）锁角锚杆及钢格栅施工
该段初衬为平顶直墙结构，侧向土体压力较大，在初衬仰拱未封闭前，为控制墙体钢架底端位移，应尽早施工仰拱封闭成环，增加支护结构的稳定性。
上下台阶的拱角设置锁角锚杆。锚杆长 1.5 m，使用Ф25 螺纹钢筋制成，斜向 60 °角打入外侧地层，端部与拱架焊接，每榀向外侧打入 1 根锚杆，以防拱架在土压下收敛。
格栅安装采取如下措施：
①每步格栅落实到原状土上，并加设垫板，同时每步格栅与现有结构顶紧，并预留注浆管。当初支封闭后及时注浆回填，尤其第二步初支封闭后，在上导洞顶部回填后进行压浆处理。每步格栅在两端脚部设置锁脚锚管。格栅接头每环错开设置，脚部设为 L 型。
②在每步格栅中部设置预顶螺杆支柱，螺杆支柱上部顶在环线地铁垫层底部，下部作用在千斤顶上，支撑在中隔板上。
4）初喷混凝土强度保证措施
①严格控制混凝土施工配合比，配合比经试验确定，混凝土各项指标都必须满足设计及规范要求，混凝土拌合用料称量精度必须符合规范要求。
②严格控制原材料的质量，原材料的各项指标都必须满足要求。③喷射混凝土施工中确定合理的风压，保证喷料均匀、连续。同时加强对设备的保养，保证其工作性能。
④喷射作业由有经验、技术熟练的喷射手操作，保证喷射混凝土各层之间衔接紧密。
⑤复喷射混凝土前先按设计要求完成超前小导管、钢筋网、格栅钢架的安装工作。
⑥喷射混凝土由专人喷水养护，以减少因水化热引起的开裂，发现裂纹用红油漆作标记，进行观察和监测，确定其是否继续发展，若继续发展，找出原因并作处理。
⑦坚决实行“四不”制度：喷射混凝土工序不完，掌子面不前进，喷射混凝土厚度不够不前进，混凝土喷射后发现问题未解决不前进，监测表明结构不安全不前进。
5）初衬背后补注浆
及时补注浆是减少既有结构沉降的有效方法。补注浆是在信息化监测体系的指导下进行的，通过监测确定注浆位置及注浆量，保证注浆效果。初期支护由于喷射混凝土作业受施工及地层稳定等条件的影响，喷射混凝土支护体局部会收缩，为保证初衬的施工效果，采取初衬背后补注浆的措施，初衬背后注浆稳压 10 min，即可实现控制沉降的目的，又能达到防水的效果，以减少施工时间洞内积水为防水板无水施工创造条件。注浆管每1 m 布置 1 榀，每榀 3 根，分别布于拱顶和两侧上方。3.2.3 二衬施工
施工中，通过优化二衬结构施工次序及钢柱托换环节，有效地减少了二衬结构施工对环线地铁结构的影响，达到了理想的效果。
1）二衬结构施工顺序的优化
二衬结构竖向按底板、边墙及顶板顺序进行施工，采用钢模、碗扣式支架支撑体系。隧道二衬施工的顺序为：施工②号导洞底板及侧墙踢克→跳仓施工①号导洞侧墙及顶板→跳仓施工④号导洞底板及踢克→跳仓施工③号导洞则墙及顶板（根据二衬结构长度，二衬结构施工时共分4 仓，每仓 8 m）。
各导洞钢筋采用螺纹连接，混凝土采用高压泵送入模，进行顶板混凝土浇筑时，分段预留注浆管，注浆管外套橡胶止水环。
进行③、④号导洞二衬结构施工时，没有对①、②号导洞进行钢柱托换，而是在不拆模的情况下进行③、④号导洞二衬结构施工，这样减少了钢柱托换的中间环节，减少环线地铁结构的沉降，同时为二衬背后补注浆创造有利条件。
2）二衬背后补注浆
在二衬结构混凝土浇筑过程中，隧道顶部混凝土是靠泵压入的，顶部混凝土与防水层接触面难免出现缝隙。为防止此部位形成积水区域，施工时在顶拱埋设注浆管。注浆管的顶端管口靠近防水层表面，并将注浆管固定，以免混凝土浇筑过程中造成注浆管移位。待混凝土达到设计强度时，采取二次注浆的措施填充空隙，保证结构的防水效果。预注浆各孔段的进浆量小于50 L ／ min，注浆浆液采用水泥浆，水灰质量配合比为 1∶（0.4～0.5），水泥中添加2 %～3 %的促凝剂。当混凝土出现滴水、渗水现象时，需填充注浆堵水，浆液采用1∶1 水泥砂浆，注浆选用泥浆泵，注浆压力根据现场实际情况确定，但不小于 0.2 MPa，注浆压力达到或接近设计终压后稳压10 min。二衬补注浆在混凝土强度达到要求，不拆除支撑及模板的情况下进行。通过与监测数据结合及时进行补注浆，以增加注浆效果及新建隧道的安全。环线地铁沉降量控制效果
通过采取各项管理及技术措施，取得了良好效果。经对环线地铁进行跟踪监测，在施工完成 1 年后，环线地铁结构沉降值为4.4 mm，远小于结构沉降预计值（20 mm）。环线地铁结构实际累积沉降量与预计沉降值如表1 所示。结论
采用浅埋暗挖法下穿既有建（构）筑物，如何采取措施保证既有结构的安全，是类似穿越工程的最主要目标之一。该工程通过采取严格的施工组织管理以及各项行之有效的技术措施，将暗挖隧道施工对环线地铁结构的沉降影响控制在设计范围之内，取得了理想的施工效果。在该工程中，土体加固，初衬、二衬背后补注浆以及监测数据的及时传送是保证环线地铁沉降量远小于预计（设计）值的关键。
参考文献：
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[2] 夏才初，李永盛． 地下工程测试理论与监测技术[M]．上海：同济大学出版社，1999：217． [3] 中铁隧道集团有限责任公司科学技术研究所． DBJ 01-96-2004 地铁暗挖隧道注浆施工技术规程[S]． 北京：北京市建设委员会，2004：1-2．
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根据国家发改委批复的西安地铁二号线工程可行性研究报告, 二号线停车场位于我市长安区潏河北岸, 出入场线全长840米, 分为隧道段和地面路基段两部分, 其中隧道段下穿两条城市引水管道 (黑河输水管道) 。目前出入场线正在抓紧施工, 该停车场是二号线南延段2014年6月底通车的关键节点。按照地铁设计方案, 出入场线隧道段施工以及通车后的运营都将对黑河输水管道的安全运行造成很大威胁, 同时这黑河输水管道对地铁安全运营也会造成重大隐患。经地铁公司与水务集团研究, 决定对交叉部位的黑河管道进行加固, 以确保城市供水及地铁运营安全。黑河引水渠道承担着全市80%以上的供水任务。按照市政府专项问题会议纪要“既不影响城市供水, 也不影响地铁建设”的精神, 地铁公司和水务集团经过专家反复论证决定将输水管道的管材由钢筋混凝土管 (已运行20多年) 更换为球墨铸铁管。现场地铁区间暗挖隧道为接近于东西走向, 于两条并排放置的黑河引水管道形成35°夹角, 管底标高基本相同, 两管间距30m, 管质为混凝土预应力管, 管径2.0m, 壁厚0.13m, 每节有效长度5.0m, 管道底部用浆砌石砌筑台座, 台座宽2.8m, 高0.3m。区间隧道下穿黑河引水管, 引水管与暗挖隧道结构顶相距分别为3.85m、3.09m, 区间隧道净距为9.7m, 高度为6.5m, 宽为6.28m。
1 现场地质情况
该区域内主要岩层有全新统、上更新统及中更新统地层构成, 根据地质报告, 该处地质情况差, 区间土层以粘土为住, 局部夹砂层, 在管道下方有砂层透镜体存在, 隧道结构在卵石土层中穿过, 采用矿山法施工。为区间结构的施工带来一定的风险性。矿山法施工容易冒顶, 使引水管破坏, 所以首先从地面对该段地层进行加固, 改变土体性质。
2 换管施工
为缩短工期, 尽量减少停止供水时间, 经研究决定, 在影响线路施工范围内将原管位置向西偏移15m, 采用更换管道+地下暗梁的措施来完成区间的过渡, 其中管道采用球墨铸铁管, 直径2.0m, 每节长8.0m, 为脆性管道, 为防止隧道开挖引起的地面下沉对管道产生破坏, 在管道底座下设置600mm厚C40钢筋混凝土暗梁, 其下为150mm厚C15混凝土垫层, 暗梁的设置强度应能保证地铁区间在施工开挖及运营区间管道的安全, 黑河管暗梁设置长度为228m (其中一根为102m, 一根为126m) , 暗梁顶面标高为434.427~434.523。
3 加固施工
3.1 注浆加固
加固在隧道暗挖过去, 在暗梁两侧加固, 采用直径60mm的钢花管注浆, 梅花型布置, 间距3.0×3.0m, 加固深度为地面下9.0m, 注浆压力1.0~1.5MPa, 采用32.5级普通硅酸盐水泥, 水灰比采用1:1, 注浆速度30~70L/min, 扩散半径1.5m, 注浆时注意观察地面情况, 发现地面有隆起现象时应立即停止注浆。
注浆加固应先在远离引水管道的确切位置做注浆试验, 确定初步的注浆压力和注浆量。黑河引水管加固见下图:
3.2 增强隧道支护参数。
地下水位降至仰拱底下1m后, 区间隧道由南向北开始进行暗挖隧道施工。隧道施工应遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的基本工艺。施工组织计划和施工工序必须严格遵守“先排管, 后注浆, 再开挖, 注浆一段, 开挖一段, 支护一段, 封闭一段”的原则。在过黑河引水管初衬完毕后, 及时进行二衬, 以减少对黑河引水管产生沉降影响。
拱部采用Φ42普通钢管注浆小导管, 壁厚3.5mm, L=3m, 拱部180°布设, 环向间距0.25m, 纵向间距1.5m, 插角10°左右, 注水泥水玻璃双浆液。一般情况下采用单浆液, 有水情况下采用水泥水玻璃双浆液。注浆扩散半径不小于0.25mm。并对注浆的薄弱环节, 重新补充注浆。
每个台阶应设置锁脚锚管, 一处打设两根, 以防止格栅钢架架设下沉。采用Φ42钢焊管, 长度3米, 并全长注浆。
格栅钢架间距为0.5m。全断面布设双层钢筋网片, 环纵向均为Φ6.5的钢筋, 网距为150mm×150mm采用挂钢筋网的方式。
初衬完毕, 结构防水全断面铺设防水层完毕经验收合格后立即进行二衬施工。
为保证注浆效果, 小导管超前注浆前应封闭开挖工作面, 设计厚度50mm, 喷射间距根据地层情况而定, 强度等级同初期支护。喷射封闭范围上半断面不包括核心土的部分。
遇到较差地层时, 为了保证工作面稳定, 应及时喷射混凝土封闭工作面。
在断面变化点、工序转换处或工序中断时, 封闭整个工作面, 纵向间距按10米, 挂网喷射混凝土厚度100mm, 钢筋网为Φ6.5间距150mm×150mm, 喷射混凝土强度等级同初期支护。
4 施工降水
降水采用井点降水方案, 成井过程严格按照施工工艺, 所用滤水管应根据含水层颗粒分析结果按相关规定的要求严格制作。降水时严防井中出现涌砂、涌土现象。通过降水及时降低开挖范围内土层的地下水, 使其得以压缩固结, 以提高土层的水平抗力, 防止隧道开挖面发生坍塌, 保证隧道暗挖的顺利进行。
5 施工期间的监测
施工过程应加强施工监测, 使暗挖处于安全监控中。所有测点均应反映施工中该点受力或变形随时间的变化, 即测试数据趋于稳定为止。观测数据应及时整理和分析, 出现异常时, 要采取相应的措施。能较好的预报下一施工步骤地层支护的稳定与受力情况和地表沉降等。
6 总结
针对现场特殊地质特殊施工条件, 我们选择运用了黑河暗梁及加固等施工技术, 目的在于更好地起到加固黑河引水管的作用, 这技术还有待于暗挖隧道施工后的效果检验, 若能起到很好的效果, 证明这一技术切实可行, 将对未来的施工技术的日臻成熟起到较好的借鉴作用。在这里我希望通过和大家的不断探索与研究, 通过每个施工人员的不懈努力, 为祖国的建设事业做出自己的一份贡献。
摘要：西安地铁二号线26标暗挖隧道下穿城市引水管道, 为保护城市引水管道, 又能很好的完成地铁建设的使命, 采取合理措施, 使暗挖隧道下穿城市引水管。本文主要通过针对此种特殊情况, 对现场地质情况分析、处理方案、施工技术、施工工艺等方面进行探讨和研究。
关键词：引水管道,地铁,隧道,暗梁,技术
参考文献
[1]《地铁设计规范》.
[2]《地下铁道工程施工及验收规范》.
[3]《铁路隧道施工规范》.
【关键词】地铁暗挖；保护技术；地铁施工
【中图分类号】U231.4 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0233-02
随着科学技术的发展，社会的不断进步，我国人口日益曾多，客流量的比较大，达到千万人口大关的城市也不胜枚举。现代化的交通工具也是必不可少得，所以，国内许多的大城市都已经开始着手大规模大批量的修建地铁。对地下空间的利用也向着立体化、多元化的趋势发展。因为城市的地表建筑面漆是不可能进行大面积的迁移的，这样地铁暗挖也就应运而生了。暗挖地铁隧道，通常会出现地铁网络互相交叉穿越的问题，为了日后运营安全地铁对隧道结构的变形情况要求的十分严格，其位移是不能超过二十毫米的，其暗挖的地下隧道变形曲率半径要足够大，半径值不得小于一万五千米，相对的弯曲变形值要求小于两千五百分之一。这样才能保证地铁安全、正常的运行。本文就一项地铁暗挖的施工为例，采取综合保护措施技术，这样可以对已有的地铁隧道隆起变形起到一个很到的控制作用。
一、工程施工现状简介
现有的地铁线路与地面的距离为五千八百米，新建地铁线路与现有地铁线路相距三千九百米。地铁车站为南北向布置，车站采取两段头双层结构的形式采用明挖、中间跨度处于城市交通主道下，所以必须得采用暗挖的施工方法。新建铁路线与旧址铁路线的净距只有零点六米，车站按娃娃段断面尺寸为二十三点六七米*九点八三米，采用大曾一拱双柱复合衬砌的结构方式，埋深为五点五米，根据这种建筑环境，我们可以采用“中柱法”即（PBA法）来进行施工。以下为PBA法做一些简单介绍：
为了能有效的控制地面沉降变形，确保周边高层建筑物和地下管线的安全稳定，车站建设采用了对地层和周边环境影响都比较小的洞桩法（以下简称PBA法）施工。
（1）工程原理
PBA法的工程原理就是结合明挖框架结构施工方法和暗挖法，即地表缺少施工基坑围护结构条件时，改为在地下先进行暗挖的导洞内施作围护边桩、桩顶纵梁，使围护桩、桩顶纵梁、顶拱共同构成桩（Pile）、梁（Beam）、拱（Arc）支撑框架框架体系（PBA为Pile、Beam、Arc三个英文单词的首位字母组合），以此来分担施工过程的外部荷载；然后在顶拱和编著的保护下，一层一层的向下开始挖掘（必要时设预加力横向支撑），施工内部结构，最终形成由外层边桩及顶拱初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。
（2）工程特点
①在布什强透水的地层中，将有水地层的施工变为无水、少水施工，避免因长期大量降水引起的地表沉降和耗资的增加，能有效的保护地下水资源并降低施工费用。
②以桩作支护，稳定而且安全，也对地层沉降的控制很有利，能有效避免中洞法、CD、CRD、双侧壁导坑法多次开挖引起的地面沉降量过大的缺陷和对初期支护的刚度弱化。
③与其它工程先比，拆除的临时工作量相对较少，结构的受力条件也比较不错，符合经济合理的施工规则。
④对结构层的限制数少，对保护暗挖结构附近的地下建筑结构和周边建筑物的完全影响较小。
⑤在PBA工程体系形成以后，会创造出较大的施工空间，有利于机械化作业，进而加快工程总实施进度。
⑥在水位线以上的地层中开设的导洞内施工孔桩，利用其“排桩效应”对两侧层体起到了很好的支挡作用，可进一步减少因流沙、地下水带来的施工安全隐患。
（3）具体施工方法
首先，超前注浆小导管加固地层，先开挖近桥桩侧导洞，导洞台阶法施工，格栅喷混凝土支护。导洞开挖支护完成后，用特制和改进的钻机由里及外跳孔施工钻孔桩，导管法灌注水下混凝土，凿除桩头后，施作桩顶纵梁。在导洞内施作主拱格栅钢架拱脚（即拱边段），与导洞格栅钢架预留街头相连。其次，在对拱边段浇筑后再进行回填。超前注浆小导管加固地层后弧形导坑法开挖导洞间的拱部土体、施作初期支护结构，必要时设置临时竖撑结构。拆除临时竖撑后向下开挖至中板下一定距离，拆除永久结构断面内导洞格栅钢架，拆除长度应根据监控量测进行严格控制。最后，依次施作拱墙部防水层、中板底模、中板浇筑、拱墙浇筑，预留边墙钢筋和防水层。向下开挖至钢管撑标高下零点五米，桩间喷射五十毫米厚C20混凝土找差平，必要时进行桩间注浆加固，架设腰梁及钢管支撑。
二、地铁暗挖施工技术分析
根据对实际工程实施的分析，所处的位置既有的地铁线路为双线单洞隧道线，其间距为十六点八米，多采用复合式的衬砌结构，它的断面为五点七米*六点一米的方案，断面形状采用马蹄形状。整体设计的暗挖隧道与已有地铁线路关系的平面图如下图所示。暗挖地铁隧道与已有地铁线路关系平面图
根据上图所示，在经过地质勘探人员对暗挖隧道的地质情况进行勘测分析后可知，暗挖车站的上班断面位置于粉土层和粉质粘土层，下半断面位于细砂层。整个底板的地层机构基本如下：卵石圆砾层其厚度为四米，粉土层的厚度为二十二米细中砂层的厚度为三点七米，卵石圆砾层的厚度为七米。以上数据为地层土质由上而下的顺序表现形式。
三、地铁暗挖车站施工保护技术
8.1.1 有限元模型建立
1．启动程序
/TITLE，Mechanical analysis on sectional metro tunnel based on mine method!确定分析标题
/NOPR
!菜单过滤设置 /PMETH，OFF，0 KEYW，PR_SET，1
KEYW，PR_STRUC，1
!保留结构分析部分菜单
2．单元参数和几何参数定义
（1）定义相关几何参数。fini /cle *set,x1,-12
!以下为面2的几何参数，该面为矩形，最左下角顶点!坐标为x1和y1，矩形的宽度为w1、高为h1。
*set,y1,-12
!所有长度单位为m *set,w1,28.9 *set,h1,30.15
*set,x2,-25
!面3的几何参数 *set,y2,-12 *set,w2,13
*set,h2,30.15
*set,x3,16.9
!面4的几何参数 *set,y3,-12 *set,w3,13
*set,h3,30.15
*set,x4,-25
!面5的几何参数 *set,y4,-30 *set,w4,54.9 *set,h4,18
*set,th,0.4
!支护结构的厚度 *set,length_z,50
!隧道纵向的长度，这里为了简化计算，只是说明应用情况，!取纵向长度为50m，每天开挖5米，10天施工完成。
（3）定义单元类型、实常数、材料属性。/prep7
et,1,mesh200,2
!3-D线单元2节点
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
et,2,mesh200,6
!3-D面单元4节点
et,3,SHELL63
!用于模拟支护结构的壳单元
et,4,SOLID45
!用于模拟围岩的三维实体单元 r,1,th
!壳单元的厚度，单位 mp,ex,1,3.0e10
!支护结构材料属性，弹性模型，单位Pa mp,prxy,1,0.2
mp,dens,1,2700
mp,ex,2,2.5e8
!围岩材料属性 mp,prxy,2,0.32
!泊松比，无单位 mp,dens,2,2200
mp,ex,3,2.5e8
!开挖部分土体的材料属性与围岩材料一样 mp,prxy,3,0.32
mp,dens,3,2200
!材料密度，单位kg/m3 save
!保存数据库
3．建立几何模型
（1）创建隧道支护结构上的关键点。
k，0,0
!关键点的序号暗默认值从小到大递增，坐标为0和0 k，0,3.85
k，0.88,5.5 k，2.45,6.15 k，4.02,5.5 k，4.9,3.85
k，4.9,0
!创建的关键点如图8-7所示。Save
!保存数据库
（2）创建隧道支护结构线和被挖去部分土体面。larc,1,2,6,8.13!由两个端点（K1和K2），曲率中心上的任意一点（K6）以及
!半径8.13m生成一条弧线
larc,2,3,6,3.21 larc,3,4,6,2.22 larc,4,5,2,2.22 larc,5,6,2,3.21 larc,6,7,2,8.13 larc,7,1,4,6 a,1,2,3,4,5,6,7!由7条圆弧线生成被挖去部分土体面，如图8-8和图8-9所示。Save
!保存数据库
（3）创建围岩面。Blc4,x1,y1,w1,h1
!创建面2 Blc4,x2,y2,w2,h2
!创建面3 Blc4,x3,y3,w3,h3
!创建面4 Blc4,x4,y4,w4,h4
!创建面5 /pnum,area,1
!显示面编号 Aplot
!显示面
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Save
!保存数据库，所有的面如图8-10所示。
（4）对面进行布尔操作。
aovl,1,2,3,4,5
!对5个面进行重叠操作 nummrg,all，，low
!合并重复各元素并保留低编号号码 numcmp,all
!压缩各元素编号号码
Save
!保存数据库，经过布尔运算后的面如图8-11所示。
（5）进一步划分面5，即支护结构上的关键点1，2，6，7与面5的四个角点连成线，然后再用这些4条线将面5分割为4个面，以便可以用映射进行面的网格划分。l,1,8
!通过两个关键点创建从四个角点上连接出四条直线 l,7,9 l,6,10 l,2,11 lsel,s,line，21,22,1!选择线21到22 lsel,a,line，7
!再选择线7 asbl,5,all
!进行布尔操作，用所选择的7,21,22三条线分割面5 lsel,s,line，21,24,3 lsel,a,line，1 asbl,7,all
!用7,21,24三条线分割面 lsel,s,line，22,23,1 lsel,a,line，6 asbl,8,all
!用6,22,23三条线分割面
nummrg,all，，low
!合并重复各元素并保留低编号号码 numcmp,all
!压缩各元素编号号码
Save
!保存数据库，经过线分割面布尔运算后的面5如图8-12所示。
4．建立网格模型
（1）设置隧道支护结构所划分的单元数及其周围四个面的网格划分。lsel,s,line，2,5,1
!选择线2～5 LCCAT,all
!将线2~5暂时叠加为一条线 lesize,all，,3
!将4条线的单元数均设置为3 lsel,s,line，9,11,2
!选择线9和12 lsel,a,line，6
!再选线6 lsel,a,line，1
!再选线1 lesize,all，,8
!设置单元数为8 lsel,s,line，8,10,2
!选择线8和10 lsel,a,line，7
!再选线7 lesize,all，,12
!设置单元数为12 lsel,s,line，21,24,1
!选择线21～24 lesize,all，,10,2!设置单元数为10，比率为2，从里面到外侧单元长度越来越长 type,2
!选择单元类型2 asel,s,area，5,8,1!选择面5～8 amesh,all
!对面5~8进行网格划分
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Save
!保存数据库，划分好的面单元网格如图8-13所示。
（2）对其他面进行网格划分。asel,s,area，1
!选择面1 amesh,1
!对面1进行网格划分 lsel,s,line，12,13,1
!选择线12和13 lesize,all，,8
!设置单元数为8 lsel,s,line，15,18,1
!选择线15～18 lesize,all，,6,2
!设置单元数为6，比率为2 asel,s,area，2,3,1
!选择面2和3 amesh,all
!对面2和3进行网格划分 lsel,s,line，14
!选择线14 lesize,all，,24
!设置单元数为24 lsel,s,line，19,20,1
!选择线19和20 lesize,all，,6,2
!设置单元数为6，比率为2 lsel,s,line，15,17,2
!选择线15和17 lsel,a,line，8
!再选择线8 LCCAT,all
!对线进行叠加操作 asel,s,area，4
!选择面4 amesh,all
!对面4进行网格划分 LSEL,s,LCCA
!选择叠加的线 LDELE,all
!删除前面暂时整合在一起的线
nummrg,all，，low
!合并重复各元素并保留低编号号码 numcmp,all
!压缩各元素编号号码
Save
!保存数据库，所有面单位网格模型如图8-14所示。
（3）将线模型拉伸成壳单元网格模型。Allsel
!选择所有的元素 k,1000，,-length_z!定义一个辅助关键点 l,1,1000
!定义一条辅助线
/view,1,1,1,1
!设置为三维模型显示 /replot
!刷新显示区
EXTOPT,ESIZE,10,0,!在拉伸线上设置成10个单元 LSEL,S,LINE，1,7,1
!选择线1～线7 ADRAG,all，，，25!沿着线25拉伸线1～线7 Gplot
!更新显示内容 type,3
!选择单元类型3，表示壳单元 real,1
!选择壳单元实常数
mat,1
!选择壳单元实材料常数 ASEL,S,loc,z,-25
!选择z=-25的面 APLOT
!显示面
lsel,s,loc,z,-25
!选择z=-25的线 lesize,all，,10
!设置单元数为10
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MSHAPE,0,2D
!设置单元为2D MSHKEY,1
!采用四边形单元
amesh,all
!对选择的面划分单元
Save
!保存数据库，几何模型如图8-15所示，面单位网格模型如图8-16所示。
（4）创建围岩实体单元。ASEL,invert
!对面元素进行反向选择操作，得到当前有效面为Z=0的面 Aplot
!显示面
EXTOPT,ESIZE,10,0,!由面拉伸成体的相关属性设置，拉伸方向设置成10个单元 EXTOPT,ACLEAR,1!清除面单元（被拉伸的面单元）TYPE,4
!设置单元类型4，围岩实体单元 MAT,2
!设置单元材料常数为2 asel,r,area，2,8,1
!选择面2～面8 VDRAG,all，，，25
!沿着线25拉伸面2～面8，为周围围岩实体单元网格 Allsel
!选择所有元素
MAT,3
!设置单元材料常数为3 VDRAG,1，，，25
!沿着线25拉伸面1，为被挖掉围岩部分实体单元网格 EPLOT
!显示单元网格
nummrg,all，，low
!合并重复各元素并保留低编号号码 numcmp,all
!压缩各元素编号号码 finish
!返回到上一节主菜单 /solu
!进入求解器
antype,static
!设置分析类型为静态分析
Save
!保存数据库，拉伸完毕后的模型如图8-17所示。
8.1.2 加载与求解
1．加载与自重应力场求解
（1）施加边界条件以及重力加速度。asel,s,loc,x,x2
!选择左侧面 asel,a,loc,x,x2+w4
!选择右侧面
da,all,ux,0
!对左右面上所有节点施加x方向位移约束 allsel
!选择所有元素 asel,s,loc,y,y4
!选择底面
da,all,uy,0
!对底面上所有节点施加y方向位移约束 allsel
!选择所有元素 asel,s,loc,z,-length_z
!选择后面 asel,a,loc,z,0
!选择前面
da,all,uz,0
!对前后面上所有节点施加z方向位移约束 allsel
!选择所有元素 acel，10
!施加重力加速度
Save
!保存数据库，带边界条件的有限元模型如图8-19所示。
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（2）设定分析选项。
deltim,0.1,0.05,0.2
!时间步设置，总长0.1，最小0.05，最大0.2 autots,on
!使用自动时间步
pred,on
!打开时间步长预测器
lnsrch,on
!打开线性搜索
nlgeom,on
!打开大位移效果
nropt,full
!设定牛顿-拉普森选项
cnvtol,f，0.02,2,0.5
!设定力收敛条件 Save
!保存数据库
（3）初始地应力的计算。esel,s,type，3
!选择单元类型3（壳单元）ekill,all
!杀死单元类型3，即在隧道未修建前的自重应力场中不存在壳单元 esel,all
!选择所有元素 esel,s,live
!选择活单元，即所有围岩实体单元 nsle,s
!选择生单元上的节点 nsel,invert
!反向选择，即选择了死单元上的节点 d,all,all
!将死单元上的节点约束所有位移，使其不参与矩阵运算 nsel,all
!选择所有节点 esel,all
!选择所有单元 Save
!保存数据库 solve
!进行自重地应力场模拟计算 Save
!保存数据库
2．开挖过程的模拟分析
基本思路：将开挖部分土体设置为“死属性”，同时激活支护结构壳单元。采用循环语句来实现，假设每天开挖进尺5m，共50m需要10天完成施工。其命令流如下： *do,ii,1,10,1
!循环开始
!以下进行土体的开挖操作，先选择每次开挖的围岩单元，然后将其赋予“死属性” esel,s,mat，3
nsle,s
nsel,r,loc,z,0.1-(ii-1)*5,-(5.1+(ii-1)*5)
esln,r,1
ekill,all
!以下进行支护结构的施加操作，先选择支护结构壳单元，然后将其赋予“生属性” esel,s,type，3
nsle,s
nsel,r,loc,z,0.1-(ii-1)*5,-(5.1+(ii-1)*5)
esln,r,1
ealive,all
nsle,s
ddele,all,all
!选择生单元，即包括支护结构壳单元和未开挖部分围岩实体单元
esel,all
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
esel,s,live
nsle,s
!反向选择，并将死单元上的节点约束所有自由度
nsel,invert
d,all,all，nsel,all
!选择所有节点
esel,all
!选择所有单元 solve
!求解 *enddo
!循环结束 Finish
!返回到上一节主菜单 Save
!保存数据库
8.1.3 后处理
1．支护结构位移
/post1
/DEVICE,VECTOR,1
ESEL,S,type，3
SET,1,LAST,1，PLNSOL,U,Y,0,1
SET,2,LAST,1，PLNSOL,U,Y,0,1
SET,6,LAST,1，PLNSOL,U,Y,0,1
SET,11,LAST,1，PLNSOL,U,Y,0,1
Save
!进入后处理器
!选择单元类型3（支护结构壳单元）!设置自重应力场计算步!绘制Y方向的位移
!设置第1次开挖进尺计算步!绘制Y方向的位移
!设置第5次开挖进尺计算步!绘制Y方向的位移
!设置第10次开挖进尺计算步!绘制Y方向的位移!保存数据库
2．支护结构等效应力
/DEVICE,VECTOR,0 SET,1,LAST,1，!设置自重应力场计算步 PLNSOL,S,EQV,0,1
!绘制等效应力
SET,2,LAST,1，!设置第1次开挖进尺计算步 PLNSOL,S,EQV,0,1
!绘制等效应力
SET,6,LAST,1，!设置第5次开挖进尺计算步 PLNSOL,S,EQV,0,1
!绘制等效应力
SET,11,LAST,1，!设置第10次开挖进尺计算步 PLNSOL,S,EQV,0,1
!绘制等效应力 Save
!保存数据库
不同计算步下支护结构壳的等效应力如图8-24～图8-27所示，图中的单位为Pa。由于在自重应力场的计算中，支护结构壳单元未参与计算，故其等效应力步存在。
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8.2 明挖法施工过程仿真分析
8.2.1 有限元模型建立
（1）确定分析标题和类型
/TITLE，Mechanical analysis on sectional metro tunnel based on cut and cover!确定分析标题
/NOPR
!菜单过滤设置 /PMETH，OFF，0 KEYW，PR_SET，1
KEYW，PR_STRUC，1
!保留结构分析部分菜单 /COM，/COM，Preferences for GUI filtering have been set to display: /COM，Structural
（2）定义单元类型、几何参数和材料常数。/PREP7
!进入前处理器
ET,1,PLANE42
!设置实体单元类型，用于模拟围岩 KEYOPT,1,1,0 KEYOPT,1,2,0 KEYOPT,1,3,2
!设置为平面应变模式 KEYOPT,1,5,0 KEYOPT,1,6,0 ET，2，BEAM3
!设置梁单元类型，用于模拟临时支撑，连续墙和隧道衬砌结构 R,1,0.2, 6.67 e-4,0.2, , , ，!设置梁单元几何常数（连续墙）
R,2,0.108, 1.2 e-5,0.003, , , ，!设置梁单元几何常数（临时支撑）R,3,0.5, 1.0417 e-2,0.5, , , ，!设置梁单元几何常数（隧道衬砌结构）MPTEMP，，，,，MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1，0.008e9!输入弹性模量（围岩）MPDATA,PRXY,1，0.38
!输入泊松比（围岩）MPDATA,DENS,1，1800
!输入密度（围岩）
TB,DP,1，，!采用DP准则进行弹塑性分析 TBMODIF,1,1,0.04e6
!输入凝聚力（围岩）TBMODIF,1,2,15.8
!输入摩擦角（围岩）TBMODIF,1,3，MPDATA,EX,2，25.5e9
!输入弹性模量（地下连续墙）MPDATA,PRXY,2，0.2
!输入泊松比（地下连续墙）MPDATA,DENS,2，2500
!输入密度（地下连续墙）MPDATA,EX,3，200e9
!输入弹性模量（临时支撑）MPDATA,PRXY,3，0.3
!输入泊松比（临时支撑）
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MPDATA,DENS,3，7800
MPDATA,EX,4，200e9
MPDATA,PRXY,4，0.3
MPDATA,DENS,4，7800
SAVE
!输入密度（临时支撑）
!输入弹性模量（隧道衬砌结构）!输入泊松比（隧道衬砌结构）!输入密度（隧道衬砌结构）!保存数据库
1．建立几何模型
（1）创建关键点。
K, ,0,0,0，K, ,-2.6,0,0，K, ,2.6,0,0, K, ,2.6,3,0, K, ,-2.6,3,0，K, ,-2.6,5.5,0，K, ,2.6,5.5,0，K, ,2.6,8,0, K, ,-2.6,8,0，K, ,-2.6,10.5,0，K, ,2.6,10.5,0, K, ,2.6,-9.5,0，K, ,-2.6,-9.5,0，K, ,-20,-9.5,0, K, ,20,-9.5,0，K, ,20,0,0, K, ,-20,0,0, K, ,-20,3,0, K, ,20,3,0, K, ,20,5.5,0，K, ,-20,5.5,0，K, ,-20,8,0, K, ,20,8,0, K, ,20,10.5,0，K, ,-20,10.5,0，SAVE
（2）创建线。
LSTR，2, LSTR，3, LSTR，4, LSTR，7, LSTR，6, LSTR，5, LSTR，5, LSTR，7, LSTR，8，11 LSTR，10, 创建关键点，共25个
以上6个点为隧道周围关键点
以上6个点为地下连续墙上的关键点 以上12个点为左右边界上的关键点 保存数据库
通过两关键点画直线，共38条线 以上6条线为隧道上的线 为隧道中的横撑线！
！！
！
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
LSTR，9，LSTR，2，LSTR，12,!以上6条线为地下连续墙上的线 LSTR，9，LSTR，10，LSTR，14，LSTR，13，LSTR，12，LSTR，15，LSTR，16，LSTR，19，LSTR，20，23
LSTR，23，24
LSTR，24，LSTR，10，25
LSTR，25，22
LSTR，22，21
LSTR，21，18!以上15条线隧道计算边界上的 LSTR，18，LSTR，17，LSTR，17，LSTR，18，LSTR，21，LSTR，22，LSTR，8，23
LSTR，7，LSTR，4，19
LSTR，3，16!以上10条线为区域分割线 /PNUM,KP,0
!不显示关键点编号 /PNUM,LINE,1
!显示线编号 /PNUM,AREA,0
!不显示面编号 /PNUM,VOLU,0
!不显示体编号 /PNUM,NODE,0
!不显示节点编号 /PNUM,ELEM,0
!不显示单元编号 /REPLOT
!重新绘制
LPLOT
!绘制线图，带编号，如图8-30所示。SAVE
!保存数据库
（3）创建面。本次的计算区域为横向130m，竖向为60m，即左右两侧计算边界为4倍左右双线隧道总跨度，下部边界为2倍隧道总高度。Al, 1，2，7，6，!采用线创建面，依次创建15个面 Al, 3，4，5，7，!以上2个面为隧道所在的面 Al, 4，8，14，11，Al, 9，15，10，14，!以上2个面为明挖土体所在的面 Al, 17，13，1，12，!为隧道下方面
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
Al, 10，25，26，34，Al, 11，34，27，33，Al, 5，33，28，32，Al, 6，32，29，31，Al, 12，31，30，16，!以上5个面为左侧边界面 Al, 9，35, ，24，Al, 8，36，22，35，Al, 3，37，21，36，Al, 2，38，20，37，Al, 13，18，19，38，!以上5个面为右侧边界面 /PNUM,KP,0
/PNUM,LINE,0 /PNUM,AREA,1 APLOT
!绘制带编号的面, 生成的面如图8-31所示。SAVE
!保存数据, 2．创建网格模型
（1）设置线被划分的单元数。设置好后如图8-32所示
lesize,2,3,1,4，，,1
!设置单元大小, 即线L2和L3被划分成4个单元 lesize,5,6,1,4，，,1
!设置单元大小, 即线L5和L6被划分成4个单元 lesize,20,21,1,4，，,1
!设置单元大小, 即线L20和L21被划分成4个单元 lesize,28,29,1,4，，,1
!设置单元大小, 即线L28和L29被划分成4个单元 lesize,8,11,1,3，，,1
!设置单元大小, 即线L8～L11被划分成3个单元 lesize,22,23,1,3，，,1
!设置单元大小, 即线L22和L23被划分成3个单元 lesize,26,27,1,3，，,1
!设置单元大小, 即线L26和L27被划分成3个单元 lesize,1,7,3,6，，,1
!设置单元大小, 即线L1、L4、L 7被划分成6个单元
lesize,12,15,1,6，，,1
!设置单元大小, 即线L12～L15被划分成6个单元 lesize,17,19,2,6，，,1
!设置单元大小, 即线L17和L19被划分成6个单元 lesize,30, , ,6，，,1
!设置单元大小, 即线L30被划分成6个单元
lesize,18,25,7,12，，,2
!设置单元大小, 即线L18和L25被划分成12个单元
lesize,35,38,1,12，，,2
!设置单元大小, 即线L35～L38被划分成12个单元 lesize,16,24,8,12，，,0.5
!设置单元大小, 即线L16和L24被划分成12个单元 lesize,31,34,1,12，，,0.5
!设置单元大小, 即线L31～L34被划分成12个单元 /PNUM,LINE,1
!显示线编号
LPLOT
!绘制线图，带编号和单元数。SAVE
!保存数据
（2）将所有面划分单元。其单元图如图8-33所示。TYPE，!设置将要创建单元的类型 MAT，!设置将要创建单元的材料
REAL，!设置将要创建单元的几何常数
amesh,1,15,1
!划分面1～15，选择的是模拟围岩的plane42单元
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
/PNUM,TABN,0
!设置单元显示 /PNUM,ELEM,1
!以彩色的方式显示单元 /REPLOT
!更新绘图区 Eplot
!在绘图区绘制单元 SAVE
!保存数据
（3）创建模拟地下连续墙的梁单元。其单元图如图8-34所示。TYPE，!设置将要创建单元的类型 MAT，REAL，E,88,94
E, 94,95 E, 95,64 E, 64,65 E, 65,66 E, 66,40 E, 40,46 E, 46,47 E,47 ,48 E, 48,12 E, 12,18 E, 18,19 E, 19,20 E, 20,1 E, 1,118 E, 118,119 E, 119,120 E,120 ,121 E, 121,122 E, 122,106
E, 107,113 E, 113,114 E,114 ,115 E, 115,116 E, 116,117 E, 117,2 E, 2,9 E, 9,10 E, 10,11 E, 11,8 E, 8,37 E, 37,38 E, 38,39 E, 39,36 E, 36,73 E, 73,74 2
!设置将要创建单元的材料
!设置将要创建单元的几何常数!通过两个节点创建梁单元!以上为左侧地下连续墙所有梁单元
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
E, 74,67 E, 67,86 E, 86,87 E, 87,85
!以上为右侧地下连续墙所有梁单元 SAVE
!保存数据
（4）创建模拟横支撑的梁单元，其单元图如图8-34所示。YPE，!设置将要创建的单元类型 MAT，!设置将要创建的单元材料 REAL，!设置将要创建的单元实常数 E, 88,89
!通过两个关键点创建梁单元 E, 89,90 E, 90,91 E, 91,92 E, 92,93 E, 93,85
!以上为上侧第一道横撑梁单元 E, 64,68 E, 68,69 E, 69,70 E, 70,71 E, 71,72 E, 72,67
!以上为第二道横撑梁单元 SAVE
!保存数据
（5）创建模拟隧道衬砌结构的梁单元，其单元图如图8-34所示。TYPE，!设置将要创建的单元类型 MAT，!设置将要创建的单元材料 REAL，!设置将要创建的单元实常数 E, 1,3
!通过两个关键点创建梁单元 E, 3,4 E, 4,5 E, 5,6 E, 6,7 E, 7,2
!以上为创建底板梁单元 E, 2,9 E, 9,10 E, 10,11 E, 11,8 E, 8,37 E, 37,38 E, 38,39 E, 39,36
!以上为创建右侧板梁单元 E, 36,41 E, 41,42 E, 42,43 E, 43,44
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
E, 44,45 E, 45,40
!以上为创建顶板梁单元 E, 40,46 E, 46,47 E, 47,48 E, 48,12 E, 12,18 E, 18,19 E, 19,20 E, 20,1
!以上为创建左侧板梁单元 Finish
!返回上级目录
SAVE
!保存数据
8.2.2 加载与自重应力场模拟
主要介绍加载、自重应力场求解和后处理。
1．加载
（1）施加位移约束，对两侧边界各节点施加“Ux”方向约束，对底侧边界各节点施加“Uy”方向约束，而顶面为自由边界。/SOL
!进入求解器 NSEL,S,LOC,X,-20.1,-19.9 NSEL,A,LOC,X,19.9,20.1
d,all,ux,0
!在选择的节点上施加“Ux”约束 Allsel
!选择所有内容 NSEL,S,LOC,Y,-9.55,-9.45 d,all,uy,0
!在选择的节点上施加“Uy”约束
（2）施加重力加速度。
ACEL, 0, 10, 0，!在Y方向施加重力加速度
SAVE
!施加了位移约束和自重应力场后如图8-35所示。
2．自重应力场求解
NROPT, FULL, ，!采用全牛顿－拉普森法进行求解 NLGEOM,1
!设置大位移求解方式
NSUBST,500,500,200
设置求解步，子步为500，最多为500，最少为200 ESEL,U,TYPE，1
!步选择1类单元，即围岩平面单元
Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性”，即杀死所有梁单元 Allsel
!选择所有内容 Solve
!求解计算
Finish
!求解结束返回Main Menu 主菜单 SAVE
!保存所有数据
3．自重应力场后处理
（1）列出竖向位移和应力，水平应力和变形图，如图8-36～图8-39所示。
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
/POST1
!进入后处理器 PLNSOL,U,Y,0,1
!绘制竖向位移 PLNSOL,S,Y,0,1
!绘制竖向应力
PLNSOL,S,X,0,1
!绘制水平方向应力 PLDISP,1
!绘制变形图 SAVE
!保存数据
（2）节点力计算。Allsel
!选择所有内容 ESEL,S, , ,121
!选择121单元 ESEL,S, , ,133 ESEL,S, , ,145!人工手动选择开挖土体周围的一圈单元，如图8-40所示 NFORCE,ALL
!对选择的节点求解节点力 Finish
!返回上级目录 SAVE
!保存数据
8.2.3 施工过程仿真分析
1．开挖土体I模拟分析
（1）重启动后，开挖土体I。
/SOL
!进入求解器 Allsel
!选择所有内容 ANTYPE，REST,1,202,0
!重新启动求解器 ASEL,S, , ，!选择土体I面
ESLA,R
!选择土体I面上部分土体单元 Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（2）进行地下连续墙的施工，即激活左右连续墙上的所有梁单元。Allsel
!选择所有内容 ESEL,U,TYPE，1
!不选择1类单元
Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” ESEL,S,TYPE，2
!选择2类单元
Ealive,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（3）进行第一道横支撑施加，即激活横撑A上的所有梁单元。Allsel
!选择所有内容 lsel,s，,15，，!选择梁单元所在的线 NSLL,R,1
!选择线上的节点 ESLN,R,1
!选择节点上的单元 ESEL,R,TYPE，3
!选择3类单元
Ealive,all
!对选择的单元给予“生属性” Allsel
!选择所有内容
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
SAVE
!保存数据
（4）节点力施加，加上节点力和位移边界条件后的模型如图8-41所示。f, 64 ,fx, 9553
!施加X方向集中力 f, 64 ,fy, 0.1950E+05
!施加Y方向集中力 f, 67 ,fx,-9553 f, 67 ,fy, 0.1950E+05 f, 68 ,fx, 0.9725E-02 f, 68 ,fy, 0.3900E+05 f, 69 ,fx, 0.8117E-02 f, 69 ,fy, 0.3900E+05 f, 70 ,fx,-0.1091E-10 f, 70 ,fy, 0.3900E+05 f, 71 ,fx,-0.8117E-02 f, 71 ,fy, 0.3900E+05 f, 72 ,fx,-0.9725E-02 f, 72 ,fy, 0.3900E+05 f, 85 ,fx,-1914 f, 85 ,fy,-0.1154E-01 f, 86 ,fx,-0.1529E+05 f, 86 ,fy,-0.1186 f, 87 ,fx,-7652 f, 87 ,fy,-0.6415E-01 f, 88 ,fx, 1914 f, 88 ,fy,-0.1154E-01 f, 94 ,fx, 7652 f, 94 ,fy,-0.6415E-01 f, 95 ,fx, 0.1529E+05 f, 95 ,fy,-0.1186 SAVE
!保存数据
（5）求解计算。
Allsel
!选择所有内容 Solve
!求解计算
Finish
!求解结束返回Main Menu 主菜单 SAVE
!保存数据
（6）后处理，两个方向的应力和位移，如图8-42～图8-48所示。/post1 PLNSOL,U,X,0,1
!X方向位移 PLNSOL,U,Y,0,1
!Y方向位移 PLNSOL,S,X,0,1
!X方向应力 PLNSOL,S,Y,0,1
!Y方向应力
ETABLE, ,SMISC,1
!创建梁单元内力表 ETABLE, ,SMISC, 7
ETABLE, ,SMISC, 2
ETABLE, ,SMISC,8
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
ETABLE, ,SMISC,6 ETABLE, ,SMISC,12
ESEL,S,LIVE
!选择“属性为活”的单元
ESEL,U,TYPE，1
!不选择单元类型为1的所有单元 /REPLOT
!从新绘制图形
PLLS,SMIS1,SMIS7,0.4,0!画轴力图，显示比例为0.4 PLLS,SMIS2,SMIS8,0.6,0!画剪力图，显示比例为0.6 PLLS,SMIS6,SMIS12,1.0,0!画弯矩图，显示比例为1.0（7）计算下一步开挖计算所施加的节点力，如图8-49所示。ESEL,S, , ，!人工手动选择开挖土体周围的一圈单元。NFORCE,ALL
!对选择的节点求解节点力 FINISH
!求解结束返回Main Menu 主菜单
2．开挖土体II模拟分析
（1）重启动后，开挖土体II。/SOL
!进入求解器 Allsel
!选择所有内容 ANTYPE，REST,2,202,0
!重新启动求解器 ASEL,S, , ，3,4,1
!选择土体I和II面
ESLA,R
!选择土体I和II面上部分土体单元 Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（2）进行地下连续墙的施工，每次都必须进行此步操作，即激活左右连续墙上的所有梁单元。
Allsel
!选择所有内容 ESEL,U,TYPE，1
!不选择1类单元 Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” ESEL,S,TYPE，2
!选择2类单元 Ealive,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（3）进行第一和第二道横支撑施加，即激活横撑A和B上的所有梁单元。Allsel
!选择所有内容 lsel,s，,14,15,1，!选择梁单元所在的线 NSLL,R,1
!选择线上的节点 ESLN,R,1
!选择节点上的单元 ESEL,R,TYPE，3
!选择3类单元 Ealive,all
!对选择的单元给予“生属性” Allsel
!选择所有内容 SAVE
!保存数据
（4）节点力施加，加上节点力和位移边界条件后的模型如图8-50所示。f, 74 ,fx,-0.2348E+05
!施加X方向集中力 f, 74 ,fy,-848.5
!施加Y方向集中力
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
f, 36 ,fx,-3665 f, 36 ,fy, 0.4196E+05 f, 40 ,fx, 3665 f, 40 ,fy, 0.4196E+05 f, 41 ,fx, 0.2423E+05 f, 41 ,fy, 0.5283E+05 f, 42 ,fx, 0.1337E+05 f, 42 ,fy, 0.3828E+05 f, 43 ,fx, 0.1091E-10 f, 43 ,fy, 0.3320E+05 f, 44 ,fx,-0.1337E+05 f, 44 ,fy, 0.3828E+05 f, 45 ,fx,-0.2423E+05 f, 45 ,fy, 0.5283E+05 f, 64 ,fx, 0.1664E+05 f, 64 ,fy,-522.7 f, 65 ,fx, 0.2348E+05 f, 65 ,fy,-848.5 f, 66 ,fx, 0.3095E+05 f, 66 ,fy,-1149 f, 67 ,fx,-0.1664E+05 f, 67 ,fy,-522.7 f, 73 ,fx,-0.3095E+05 f, 73 ,fy,-1149 SAVE
!保存数据
（5）求解计算。
Allsel
!选择所有内容 Solve
!求解计算 Finish
!求解结束返回Main Menu主菜单 SAVE
!保存数据
（6）后处理，两个方向的应力和位移，如图8-51～图8-61所示。/post1 PLNSOL,U,X,0,1
!X方向位移 PLNSOL,U,Y,0,1
!Y方向位移 PLNSOL,S,X,0,1
!X方向应力 PLNSOL,S,Y,0,1
!Y方向应力 PLNSOL,S,1,0,1
!第一主应力 PLNSOL,S,3,0,1
!第三主应力 PLNSOL,S,EQV,0,1
!等效应力 PLNSOL,EPPL,EQV,0,1
!塑性应变
ETABLE, ,SMISC,1
!创建梁单元内力表 ETABLE, ,SMISC, 7
ETABLE, ,SMISC, 2
ETABLE, ,SMISC,8
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
ETABLE, ,SMISC,6 ETABLE, ,SMISC,12
ESEL,S,LIVE
!选择“属性为活”的单元
ESEL,U,TYPE，1
!不选择单元类型为1的所有单元 /REPLOT
!从新绘制图形
PLLS,SMIS1,SMIS7,0.5,0
!画轴力图，显示比例为0.5 PLLS,SMIS2,SMIS8,0.8,0
!画剪力图，显示比例为0.8 PLLS,SMIS6,SMIS12,0.8,0
!画弯矩图，显示比例为0.8 SAVE
!保存数据
（7）计算下一步开挖所施加的节点力，如图8-62所示。ESEL,S, , ，!人工手动选择开挖土体周围的一圈单元。NFORCE,ALL
!对选择的节点求解节点力 FINISH
!求解结束返回Main Menu 主菜单 SAVE
!保存数据
3．开挖土体III模拟分析
（1）重启动后，开挖土体III。/SOL
!进入求解器 Allsel
!选择所有内容 ANTYPE，REST,3,202,0
!重新启动求解器 ASEL,S, , ，2,4,1
!选择土体I、II和III面
ESLA,R
!选择土体面上部分土体单元 Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（2）进行地下连续墙的施工，每次都必须进行此步操作，即激活左右连续墙上的所有梁单元。
Allsel
!选择所有内容 ESEL,U,TYPE，1
!不选择1类单元
Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” ESEL,S,TYPE，2
!选择2类单元
Ealive,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（3）施加横支撑施加，即激活横撑A、B和C上的所有梁单元。Allsel
!选择所有内容
lsel,s，,14,15,1，!选择梁单元所在的线 lsel,a，,4, ， NSLL,R,1
!选择线上的节点 ESLN,R,1
!选择节点上的单元 ESEL,R,TYPE，3,4,1
!选择3类和4类单元
Ealive,all
!对选择的单元给予“生属性” Allsel
!选择所有内容 SAVE
!保存数据
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
（4）节点力施加，加上节点力和位移边界条件后的模型如图8-63所示。f, 8 ,fx, 1867
!施加X方向集中力 f, 8 ,fy, 0.6658E+05
!施加Y方向集中力 f, 12 ,fx,-1867 f, 12 ,fy, 0.6658E+05 f, 13 ,fx,-0.4153E+05 f, 13 ,fy, 0.6207E+05 f, 14 ,fx,-0.2263E+05 f, 14 ,fy, 0.4764E+05 f, 15 ,fx,-0.2547E-10 f, 15 ,fy, 0.3937E+05 f, 16 ,fx, 0.2263E+05 f, 16 ,fy, 0.4764E+05 f, 17 ,fx, 0.4153E+05 f, 17 ,fy, 0.6207E+05 f, 36 ,fx,-0.2767E+05 f, 36 ,fy,-950.2 f, 37 ,fx,-0.4000E+05 f, 37 ,fy,-1579 f, 38 ,fx,-0.3512E+05 f, 38 ,fy,-1444 f, 39 ,fx,-0.2999E+05 f, 39 ,fy,-1251 f, 40 ,fx, 0.2767E+05 f, 40 ,fy,-950.2 f, 46 ,fx, 0.2999E+05 f, 46 ,fy,-1251 f, 47 ,fx, 0.3512E+05 f, 47 ,fy,-1444 f, 48 ,fx, 0.4000E+05 f, 48 ,fy,-1579 SAVE
!保存数据
（5）求解计算。
Allsel
!选择所有内容 Solve
!求解计算
Finish
!求解结束返回Main Menu 主菜单
（6）后处理，两个方向的应力和位移，如图8-64～图8-70所示。/post1 PLNSOL,U,X,0,1
!X方向位移 PLNSOL,U,Y,0,1
!Y方向位移 PLNSOL,S,X,0,1
!X方向应力 PLNSOL,S,Y,0,1
!Y方向应力
ETABLE, ,SMISC,1
!创建梁单元内力表 ETABLE, ,SMISC, 7
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
ETABLE, ,SMISC, 2
ETABLE, ,SMISC,8 ETABLE, ,SMISC,6 ETABLE, ,SMISC,12
ESEL,S,LIVE
!选择“属性为活”的单元
ESEL,U,TYPE，1
!不选择单元类型为1的所有单元 /REPLOT
!从新绘制图形
PLLS,SMIS1,SMIS7,0.5,0!画轴力图，显示比例为0.5 PLLS,SMIS2,SMIS8,0.8,0!画剪力图，显示比例为0.8 PLLS,SMIS6,SMIS12,0.8,0!画弯矩图，显示比例为0.8 SAVE
!保存数据
（7）计算下一步开挖计算所施加的节点力，如图8-71所示。ESEL,S, , ，!人工手动选择开挖土体周围的一圈单元。NFORCE,ALL
!对选择的节点求解节点力
FINISH
!求解结束返回Main Menu 主菜单 SAVE
!保存数据
4．开挖土体IV模拟分析
（1）重启动后，开挖土体IV。/SOL
!进入求解器 Allsel
!选择所有内容 ANTYPE，REST,4,205,0
!重新启动求解器 ASEL,S, , ，1,4,1
!选择土体I、II、III和IV面 ESLA,R
!选择土体面上部分土体单元 Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（2）进行地下连续墙的施工，每次都必须进行此步操作，即激活左右连续墙上的所有梁单元。
Allsel
!选择所有内容 ESEL,U,TYPE，1
!不选择1类单元
Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” ESEL,S,TYPE，2
!选择2类单元
Ealive,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（3）施加横支撑施加，即激活横撑隧道衬砌上的所有梁单元。Allsel
!选择所有内容
lsel,s，,14,15,1，!选择梁单元所在的线
lsel,a，,1,6 ,1，!选择隧道梁单元所在的线 NSLL,R,1
!选择线上的节点 ESLN,R,1
!选择节点上的单元 ESEL,R,TYPE，3,4,1
!选择3类和4类单元
Ealive,all
!对选择的单元给予“生属性”
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
Allsel
!选择所有内容 SAVE
!保存数据
（4）节点力施加，加上节点力和位移边界条件后的模型如图8-72所示。f, 1 ,fx, 2208
!施加X方向集中力 f, 1 ,fy, 0.1171E+06
!施加Y方向集中力 f, 2 ,fx,-2208 f, 2 ,fy, 0.1171E+06 f, 3 ,fx,-0.5714E+05 f, 3 ,fy, 0.9567E+05 f, 4 ,fx,-0.3034E+05 f, 4 ,fy, 0.6694E+05 f, 5 ,fx,-0.4802E-09 f, 5 ,fy, 0.5783E+05 f, 6 ,fx, 0.3034E+05 f, 6 ,fy, 0.6694E+05 f, 7 ,fx, 0.5714E+05 f, 7 ,fy, 0.9567E+05 f, 8 ,fx,-0.4025E+05 f, 8 ,fy,-1013 f, 9 ,fx,-0.6896E+05 f, 9 ,fy,-2785 f, 10 ,fx,-0.6051E+05 f, 10 ,fy,-2502 f, 11 ,fx,-0.5164E+05 f, 11 ,fy,-1949 f, 12 ,fx, 0.4025E+05 f, 12 ,fy,-1013 f, 18 ,fx, 0.5164E+05 f, 18 ,fy,-1949 f, 19 ,fx, 0.6051E+05 f, 19 ,fy,-2502 f, 20 ,fx, 0.6896E+05 f, 20 ,fy,-2785 SAVE
!保存数据
（5）求解计算。
Allsel
!选择所有内容 Solve
!求解计算
Finish
!求解结束返回Main Menu 主菜单
（6）后处理，两个方向的应力和位移，如图8-73～图8-86所示。/post1 ESEL,S,LIVE
!选择“属性为活”的单元 PLNSOL,U,X,0,1
!X方向位移 PLNSOL,U,Y,0,1
!Y方向位移 PLNSOL,S,X,0,1
!X方向应力
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
PLNSOL,S,Y,0,1
!Y方向应力 PLNSOL,S,1,0,1
!第一主应力 PLNSOL,S,3,0,1
!第三主应力 PLNSOL,S,EQV,0,1
!等效应力 PLNSOL,EPPL,EQV,0,1
!塑性应变
ETABLE, ,SMISC,1
!创建梁单元内力表 ETABLE, ,SMISC, 7
ETABLE, ,SMISC, 2
ETABLE, ,SMISC,8 ETABLE, ,SMISC,6 ETABLE, ,SMISC,12
ESEL,S,LIVE
!选择“属性为活”的单元 ESEL,U,TYPE，1,4,3
!不选择单元类型为1和4 /REPLOT
!从新绘制图形
PLLS,SMIS1,SMIS7,0.5,0
!画轴力图，连续墙和横撑 PLLS,SMIS2,SMIS8,1.0,0
!画剪力图，连续墙和横撑 PLLS,SMIS6,SMIS12,1.0,0
!画弯矩图，连续墙和横撑 Allsel
!选择所有元素
ESEL,S,LIVE
!选择“属性为活”的单元 ESEL,U,TYPE，1,3,1
!不选择单元类型为1~3 /REPLOT
!从新绘制图形
PLLS,SMIS1,SMIS7,0.5,0
!画轴力图，隧道衬砌结构 PLLS,SMIS2,SMIS8,0.5,0
!画剪力图，隧道衬砌结构 PLLS,SMIS6,SMIS12,-0.5,0
!画弯矩图，隧道衬砌结构 SAVE
!保存数据
5．回填土体II模拟分析
（1）重启动后，回填土体II。
/SOL
!进入求解器 Allsel
!选择所有内容 ANTYPE，REST,5,204,0
!重新启动求解器 ASEL,S, , ，4,，!选择土体I面
ASEL,a, , ，1,2,1
!选择土体III和IV面
ESLA,R
!选择土体面上部分土体单元 Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（2）进行地下连续墙的施工，每次都必须进行此步操作，即激活左右连续墙上的所有梁单元。
Allsel
!选择所有内容 ESEL,U,TYPE，1
!不选择1类单元 Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” ESEL,S,TYPE，2
!选择2类单元
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
Ealive,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（3）施加隧道衬砌，即激活横撑隧道衬砌上的所有梁单元。如图8-87所示。Allsel
!选择所有内容
lsel,s，,15, ,，!选择梁单元所在的线
lsel,a，,1,6 ,1，!选择隧道梁单元所在的线 NSLL,R,1
!选择线上的节点 ESLN,R,1
!选择节点上的单元 ESEL,R,TYPE，3,4,1
!选择3类和4类单元
Ealive,all
!对选择的单元给予“生属性” Allsel
!选择所有内容 SAVE
!保存数据
（4）求解计算。
Allsel
!选择所有内容 Solve
!求解计算
Finish
!求解结束返回Main Menu 主菜单
（5）后处理，两个方向的应力和位移，如图8-88～图8-97所示。/post1 ESEL,S,LIVE
!选择“属性为活”的单元 PLNSOL,U,X,0,1
!X方向位移 PLNSOL,U,Y,0,1
!Y方向位移 PLNSOL,S,X,0,1
!X方向应力 PLNSOL,S,Y,0,1
!Y方向应力
ETABLE, ,SMISC,1
!创建梁单元内力表 ETABLE, ,SMISC, 7
ETABLE, ,SMISC, 2
ETABLE, ,SMISC,8 ETABLE, ,SMISC,6 ETABLE, ,SMISC,12
ESEL,S,LIVE
!选择“属性为活”的单元 ESEL,U,TYPE，1,4,3
!不选择单元类型为1和4 /REPLOT
!从新绘制图形
PLLS,SMIS1,SMIS7,0.5,0!画轴力图，连续墙和横撑 PLLS,SMIS2,SMIS8,0.8,0!画剪力图，连续墙和横撑 PLLS,SMIS6,SMIS12,0.6,0!画弯矩图，连续墙和横撑 Allsel
!选择所有元素
ESEL,S,LIVE
!选择“属性为活”的单元 ESEL,U,TYPE，1,3,1
!不选择单元类型为1~3 /REPLOT
!从新绘制图形
PLLS,SMIS1,SMIS7,0.5,0!画轴力图，隧道衬砌结构 PLLS,SMIS2,SMIS8,0.8,0!画剪力图，隧道衬砌结构 PLLS,SMIS6,SMIS12,-0.6,0!画弯矩图，隧道衬砌结构
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
SAVE
!保存数据
6．回填土体I模拟分析
（1）重启动后，回填土体I。/SOL
!进入求解器 Allsel
!选择所有内容 ANTYPE，REST,6,204,0
!重新启动求解器
ASEL,S, , ，1,2,1
!选择土体III和IV面
ESLA,R
!选择土体面上部分土体单元 Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” SAVE
!保存数据
（2）进行地下连续墙的施工，每次都必须进行此步操作，即激活左右连续墙上的所有梁单元。
Allsel
!选择所有内容 ESEL,U,TYPE，1
!不选择1类单元
Ekill,all
!对选择的单元给予“死属性” ESEL,S,TYPE，2
!选择2类单元
Ealive,all
!对选择的单元给予“死属性”
（3）施加隧道衬砌，即激活隧道衬砌上的所有梁单元。Allsel
!选择所有内容
lsel,s，,1,6 ,1，!选择隧道梁单元所在的线 NSLL,R,1
!选择线上的节点 ESLN,R,1
!选择节点上的单元 ESEL,R,TYPE，4,，!选择4类单元
Ealive,all
!对选择的单元给予“生属性” Allsel
!选择所有内容 SAVE
!保存数据
（4）地面荷载施加，加上节点力和位移边界条件后的模型如图8-98所示。FLST,2,31,1,ORDE,8
FITEM,2,85
FITEM,2,88
FITEM,2,-93 FITEM,2,160 FITEM,2,163 FITEM,2,-173 FITEM,2,400 FITEM,2,-411 SF,P51X,PRES,-20000
!在地面节点上施加均布荷载为-20kN/m2（5）求解计算。
Allsel
!选择所有内容 Solve
!求解计算
Finish
!求解结束返回Main Menu 主菜单 SAVE
!保存数据
第1章 大型有限元软件ANSYS简介
（6）后处理，两个方向的应力和位移，如图8-99～图8-112所示。/post1 ESEL,S,LIVE
!选择“属性为活”的单元 PLNSOL,U,X,0,1
!X方向位移 PLNSOL,U,Y,0,1
!Y方向位移 PLNSOL,S,X,0,1
!X方向应力 PLNSOL,S,Y,0,1
!Y方向应力 PLNSOL,S,1,0,1
PLNSOL,S,3,0,1
PLNSOL,S,EQV,0,1
PLNSOL,EPPL,EQV,0,1
ETABLE, ,SMISC,1
ETABLE, ,SMISC, 7
ETABLE, ,SMISC, 2
ETABLE, ,SMISC,8 ETABLE, ,SMISC,6 ETABLE, ,SMISC,12
ESEL,S,LIVE
ESEL,U,TYPE，1,4,3
/REPLOT
PLLS,SMIS1,SMIS7,0.6,0
PLLS,SMIS2,SMIS8,1.0,0
PLLS,SMIS6,SMIS12,0.5,0
Allsel
ESEL,S,LIVE
ESEL,U,TYPE，1,3,1
/REPLOT
PLLS,SMIS1,SMIS7,0.6,0
PLLS,SMIS2,SMIS8,0.6,0
PLLS,SMIS6,SMIS12,-0.6,0 SAVE
!第一主应力
!第三主应力!等效应力!塑性应变
!创建梁单元内力表!选择“属性为活”的单元!不选择单元类型为1和4!从新绘制图形
!画轴力图，连续墙!画剪力图，连续墙!画弯矩图，连续墙
!选择所有元素
!选择“属性为活”的单元!不选择单元类型为1~3!重新绘制图形
!画轴力图，隧道衬砌结构!画剪力图，隧道衬砌结构
1、每班作业前必须检查卷扬机钢丝绳、滑轮组、拉钩、地锚、冷拉夹具夹齿、电气设备、照明设施等，拖拉小跑车应润滑灵活，地锚及防护装置应齐全牢靠，确认安全后方可作业。
2、操作人员应经过培训，了解机械设备的构造、性能和用途，掌握有关使用、维修、保养的安全技术知识，并应按照清洁、调整、紧固、防腐、润滑的要求，维修保养机械。
3、电动机械运行中停电时，应立即切断电源。收工前应按顺序停机，离开现场前必须切断电源，锁好闸箱，清理作业场所。电路故障应由专业电工排除，严禁非电工接、拆、修电器设备。
4、电动机械的电闸箱必须按照规定安装漏电保护器，并应灵敏有效。
5、机械作业时必须扎紧袖口、理好角、扣好表扣，不得戴手套。作业人员长发不得外露，女工应戴工作帽。
6、机械作业前应空车运转，调试正常后方可作业。机械的链条、齿轮和皮带等传动部分，必须安装防护罩或防护板。
7、卷扬机运转时，严禁人员靠近牵引的钢丝绳。
8、钢筋切割之前必须检查切断机刀口，确定安装正确，刀片无裂纹，刀架螺栓紧固，防护罩牢靠，空运转正常后再进行操作；
9、钢筋切断应在调直后进行，断料时要握紧钢筋，螺纹钢一次只能切断一根；
10、切断钢筋，手与刀口的距离不得小于15㎝。断短料手握端小于40㎝时，应用套管或夹具
将钢筋短头压住或夹住，严禁用手直接送料；
11、机械运转中严禁用手直接清除刀口附近的断头和杂物，在钢筋摆动范围内和刀口附近，非
操作人员不得停留；
12、作业时应摆直、紧握钢筋，应在活动切口向后退时送料入刀口，并在固定切刀一侧压住钢筋，严禁在切刀向前运动时送料，严禁两手同时在切刀两侧握住钢筋俯身送料；
13、发现机械运转异常、刀片歪斜等，应立即停机检修；
14、作业中严禁进行机械检修、加油、更换部件，维修或停机时，必须切断电源，锁好箱门。
电焊工施工安全技术交底
1.作业人员必须是经过电、气焊专业培训和考试合格，取得特种作业操作证的电气焊工，并持证上岗。（在有效期内）
2.作业人员必须经过安全教育考核合格后才能上岗作业。
3.施工现场禁止吸烟，严禁酒后作业，严禁追逐打闹，禁止窜岗，严格遵守各项安全操作规程和劳动纪律。
4.电焊作业人员作业时必须使用头罩或手持面罩，穿干燥工作服，绝缘鞋，用耐火防护手套，耐火的护腿套、套袖及其他劳动防护用品。要求上衣不准扎在裤子里，裤脚不准塞在鞋（靴）里，手套套在袖口外。
5.进入施工现场必须戴好合格的安全帽，系紧下颚带，高处作业必须系好合格的防火安全带，高挂低用。
6.进入作业地点后，熟悉作业环境，检查设备及各项安全防护设施。若发现不安全因素、隐患，必须及时处理或向有关部门汇报，确认安全后再进行施工作业。对施工过程中发现危及人身安全的隐患，应立即停止作业，及时要求有关部门处理解决。现场所有安全防护设施和安全标志，严禁私自移动和拆除，如需暂时移动和拆除的须报经有关负责人审批后，在确保作业人员及其他人员安全的前提下才能拆移，并在工作完毕（包括中途休息）后立即复原。
7.严禁借用金属管道，金属脚手架、轨道，结构钢筋等金属物代替导线。
8.焊接电缆横过通道时必须采取穿管，埋入地下或架空等保护措施。
9.雨雪天气、六级以上大风开气不得露天作业，雨雪过后应消除积水、积雪后方可作业。电动葫芦操作工施工安全技术交底
1．电动葫芦设专职司机操作，司机必须持证上岗。并应由专职指挥工持证指挥。
2．电动葫芦安装完成后，必须按规定验收通过后，方可使用。
3．夜间作业必须有充足的照明。
4.正式使用前，先试空车，测试项目包括：
①按钮逗车：通断灵敏可靠，按钮标示与葫芦动作一致。
②限位动作：可靠、一致。
③运转：升降减速器声音正常，电机制动可靠，运行小车灵活。
④钢丝绳：缠绕正常，无断丝现象。
⑤吊钩：摆动灵活。
⑥电气部分：应无漏电，接地装置应良好。
5．电动葫芦应设缓冲器，轨道两端应设挡板。
6.工作前应检查传动部分润滑油量、钢丝绳磨损情况及各种限位和保险装置等，如不符合要求，应及时修整，经试运转正常后方可正式施工。
7.电动葫芦严禁超载起吊，起吊物件时物件应捆扎牢固。电动葫芦吊重物行走时，行走路线下方不得站人或有人员作业。
8．司机必须得到指挥信号后，方可进行操作，如若信号不清不得起吊。操作前司机必须按电铃，发信号。司机不得同时操作两台电动葫芦工作。
9．电动葫芦作业中发生异味、高温等异常情况，应立即停机检查，排除故障后方可继续使用。
10.工作休息或下班时，不得将重物悬挂在空中。
11.作业完毕后，料斗应停放在指定位置，吊钩升起，并切断电源，锁好开关箱。
12.加强井底与提升司机的信号联系，除常用的声响信号装置外，还必须有备用信号装置（对讲机）。井底应能给提升司机发送紧急停车信号。
13.使用过程中不允许超额定负荷起吊、不允许吊钩下站人、不允许斜吊平拉、不允许骤然反车、不允许限位器作开关使用、不允许起吊重物过久空悬。
14．作业开始第一次吊重物时，应在吊离地面100mm时停止，检查电动葫芦制动情况，确认完好后方可正式作业。露天作业时，应设防雨棚。
15．起吊物件应捆扎牢固,工作间歇不得将重物悬挂在空中。
16．使用悬挂电缆电气控制开关时，绝缘应良好，滑动应自如。人的站立位置后方应有2m空地并应正确操作电钮。
17．在起吊中，由于故障造成重物失控下滑时，必须采取紧急措施，向无人处下放重物。
18．在起吊中不得急速升降。
19．电动葫芦在额定载荷制动时下滑位移量不应大于80mm。否则应清除油污或更换制动环。
20.定期进行设备检查、维修。混凝喷射机安全操作规程技术交底
1．喷射机应按出厂说明书规定的配合比配料，风源应是符合要求的稳压源，电源、水源、加料设备等均应配套。
2．管道安装应正确，连接处应紧固密封。当管道通过道路时，应设置在地槽内并加盖保护。
3．喷射机内部应保持干燥和清洁，加入的干料配合比及潮润程序，应符合喷射机性能要求，不得使用结块的水泥和未经筛选的砂石。
4．作业前重点检查项目应符合下列要求：
1)安全阀灵敏可靠；
2)电源线无破裂现象，接线牢靠；
3)各部密封件密封良好，对橡胶结合板和旋转板出现的明显沟槽及时修复；
4)压力表指针在上、下限之间，根据输送距离，调整上限压力的极限值；
5)喷枪水环(包括双水环)的孔眼畅通。
5．启动前，应先接通风、水、电，开启进气阀逐步达到额定压力，再启动电动机空载运转，确认一切正常后，方可投料作业。
6．机械操作和喷射操作人员应有联系信号，送风、加料、停料、停风以及发生堵塞时，应及时联系，密切配合。
7．在喷嘴前方严禁站人，操作人员应始终站在已喷射过的混凝土支护面以内。
8．作业中，当暂停时间超过lh时，应将仓内及输料管内的干混合料全部喷出。
9．发生堵管时，应先停止喂料，对堵塞部位进行敲击，迫使物料松散，然后用压缩空气吹通。此时，操作人员应紧握喷嘴，严禁甩动管道伤人。当管道中有压力时，不得拆卸管接头。
10．转移作业面时，供风、供水系统应随之移动，输料软管不得随地拖拉和折弯。
11．停机时，应先停止加料，然后再关闭电动机和停送压缩空气。
12．作业后，应将仓内和输料软管内的干混合料全部喷出，井应将喷嘴拆下清洗干净，清除机身内外黏附的混凝土料及杂物。同时应清理输料管，并应使密封件处于放松状态。
土方开挖安全技术交底
1、新工人必须参加入场安全教育，考试合格后方可上岗。
2、进入现场，必须戴好安全帽，扣好帽带，并正确使用个人劳动防护用具。作业时必须根据作业要求，佩戴防护用品，施工现场不得穿拖鞋。
3、作业时必须遵守劳动纪律。非特殊工种人员，不得擅自动用各种机械设备。配合其他专业工种人员作业时，必须服从该专业人员的指挥。
4、所有施工人员上下竖井必须使用安全梯，严禁攀登支撑或井内其它结构上下。
5、竖井周边设置牢固的安全防护栏，并立挂密目安全网。竖井边上1.0m以内，不得堆放任何物、料、机具或杂物。
6、隧道内应有足够的照明，照明灯具应固定在隧道边墙2.0m-2.5m位置。机械设备电缆也要固定在隧道边墙位置，不得随地铺设、拉拽。
7、所有人员在从事挖土作业前必须熟悉作业内容、作业环境，对使用的工具要进行检修，不牢固者不得使用。
8、隧道内挖土作业时必须服从指挥人员的指挥，铁锹、镐不得乱挥，以免伤到他人。
9、电葫芦起吊、运行范围内不得站人，所有作业人员必须立即撤至边缘安全位置。土斗落稳时方可靠近作业。
10、工作中，严禁直接抛掷材料、工具等物品。
11、土方开挖步距应严格按照设计图纸要求进行一榀一开挖作业，并及时施做初支。遇土体不稳，有坍塌危险征兆或涌水时，必须立即撤离现场，并报告有关负责人，有条件时要及时封闭掌子面，经过安全处理后，方可继续施工。
12、若掌子面由于其他原因要暂停作业时，要及时封闭掌子面。台阶开挖中若台阶高于2.0m，需分出小台阶，降低台阶高度。
13、作业中发现地下管道等构筑物、古墓等文物，或其它不能辨认的异物时，必须立即停止作业，向有关负责人报告，按要求进行处理或保护，经明查处理后方可继续施工。
后卫寨——纺织城
西安地铁1号线一期工程于2008年10月开工，预计2013年9月通车运营。线路西起西安市西大门后卫寨站，经三桥站，沿枣园路一路东行，经皂河、汉城路、枣园站后，沿大庆路经开远门、劳动路至玉祥门站。线路穿越古城墙后沿莲湖路、西五路、东五路经洒金桥、北大街、五路口至朝阳门站，穿越古城墙后，沿长乐路经康复路、通化门、万寿路、长乐坡站，西行下穿浐河后经浐河、半坡站后沿纺北路至终点纺织城站。线路全长23.9千米，设车站19座，全部为地下车站：
后卫寨-三桥-皂河-枣园-汉城路-开远门-劳动路-玉祥门-洒金桥-北大街-五路口-朝阳门-康复路-通化门-万寿路-长乐坡-浐河-半坡-纺织城，与2号线在北大街站换乘，与3号线在通化门换乘。
2号线（南段）
会展中心——韦曲南
西安地铁2号线南段工程于2009年10月开工，预计2014年6月建成，并与2号线一期工程贯通运营。线路北起会展中心站，绕电视塔继续南行，经三爻、凤栖原、航天城站后设终点站韦曲南站。全线共设4座车站，全部为地下车站： 三爻-凤栖原-航天城-韦曲南，与2号线一期在会展中心站贯通运营（与1号线在北大街站换乘，与3号线在小寨站换乘）。线路全长5.9公里，设车站4座，全部为地下车站：
（会展中心）-三爻-凤栖原-航天城-韦曲南
运营时间
首班车：北客站始发——6：15；会展中心始发——6：30；
末班车：北客站始发——22：20；会展中心始发——22：35。计费方法
单程票：6站以内2元，7至10站3元，11至17站4元，17站以上五元；
购买单程票采用自动售票：在自动售票机内选择目的车站及票数后，投入纸币5元、10元或硬币1元，即可出票和找零。找零面额为5元纸币或1元硬币；
单程票为IC卡式，只需要在入站闸机处感应便可进入付费区；出站时只需将车票塞入出站闸机的插票口即可；
纪念车票、多程车票的使用方法与“长安通”相同。优惠措施
1.3米以下儿童免费乘车，每名儿童需有一成人陪同；
持“长安通”普通卡7折优惠，即6站以内为1.4元，7至10站为2.1元，11至17站为2.8元，17站以上3.5元；
持“长安通”学生卡5折优惠，即6站以内为1元，7至10站为1.5元，11至17站为2元，17站以上2.5元；
持“长安通”老年卡除高峰期（07：00-09：00、17：00-19：00）外免费乘车；
“长安通”为西安城市一卡通，可用于乘坐公交车、地铁、出租车以及小额付费，可在西安市各大银行或各公交公司网店及部分地铁车站购买，工本费18元，可租用；可在地铁自动售票机进行充值操作，最低充值金额为10元；“长安通”为IC卡式，只需要在入站闸机处感应便可进入付费区；出站时只需在出站闸机处感应便可出闸。
3号线（一期）
鱼化寨——保税区
西安地铁3号线一期工程于2011年5月开工，预计2015年初通车运营。线路起点是鱼化寨，终止于国际港务区，途经西高新、小寨、大雁塔、金花路、浐灞等地，线路长39.15公里，其中地下线长27.13公里，高架线长11.57公里，敞口段长0.45公里。全线共设车站26座，其中18座地下站（鱼化寨至广泰门），8座高架站（桃花潭至保税区）：
鱼化寨-丈八北路-延平门-科技路-太白南路-吉祥村-小寨-大雁塔-北池头-青龙寺-延兴门-咸宁路-长乐公园-通化门-胡家庙-石家街-辛家庙-广泰门-桃花潭-浐灞中心-香湖湾-务庄-国际港务区-双寨-新筑-保税区，与1号线在通化门站换乘，与2号线在小寨站换乘。
12号线（一期）
北客站——机场
西安火车北客站至西安咸阳国际机场轨道交通工程于2011年12月开工，预计2015年通车运营。根据线路规划，该工程编入西安地铁12号线，其中北客站至底张为12号线支线，底张至咸阳机场与12号线主线共线；因此该轨道交通工程为12号线一期工程。线路起点是西安火车北客站，终点是西安咸阳国际机场。跨越渭河两岸，连通贯通西咸新区秦汉新城、空港新城，连接两大远程交通枢纽、方便游客游览西汉帝王墓葬，也沟通了西咸新区与西安、咸阳市区。线路全长27.3公里（包括12号线支线13.3公里、主线14公里），设置9座车站、1个车辆段，其中3站地下、3站地面、3站高架，线路走向将避开秦咸阳城遗址和西汉历代帝王墓葬群，这也将使建设周期缩短。9座车站分别为：
北客站-尚苑路-马坊-秦汉商务区-长陵-底张-空港新城-机场东-机场，与2号线在北客站换乘，与4号线在尚苑路站换乘。
4号线
尚稷路——航天大道
西安地铁4号线于2012年6月开工，预计2016年通车运营。南起航天产业基地，北至草滩。线路全长36.3公里，共设车站29座。全部为地下线，含一座停车场、一座车辆综合维修基地。线路先后通过了雁塔区、碑林区、新城区以及未央区等4个行政区，连通航天产业基地、曲江新区及经开区等3个开发区。其建设构建了城市南北向主要客流走廊。
1号线（二期）
森林公园——后卫寨
西安地铁1号线二期将于2013年开工，预计2016年建成，并与1号线一期贯通运营。西起咸阳市秦都区森林公园，东至后围寨。线路全长6.1公里，均为高架线，设4座高架车站。
6号线
南客站——纺织城
西安地铁6号线将于2013年开工，预计2017年通车运营。南起南客站，东至纺织城，线路全长39.4公里，全部为地下线，共设车站27座，含一座停车场、一座车辆段。线路先后通过了长安区、雁塔区、莲湖区、碑林区、新城区以及灞桥等6个行政区，连通高新技术开发区、浐灞区及纺织城等3个主要城市规划区域。构建了城市西南至东北向主要客流走廊。
5号线（一期）
和平村——纺织城火车站
西安地铁5号线一期工程将于2014年开工，预计2018年通车运营。西起和平村，东至纺织城火车站，线路全长25.7公里，共设车站20座，其中高架线为1.4公里，其余均为地下线，含一座停车场、一座车辆段。线路先后通过了未央区、莲湖区、碑林区、雁塔区以及灞桥区等5个行政区，连通西咸新区、曲江新区及浐灞区等3个开发区。其建设构建了城市东西向主要客流走廊。
中长期规划
西安地铁中长期规划（2015——2040年）的目标是加密市区轨道交通线路、建设市域轨道交通线路，以使主城区出行以轨道交通为主、大西安都市圈内各中心市镇与主城区都有轨道交通连接。
线路分为三类：市区线路、市域线路、市域快线。为描述方便，接下来以U线称呼市区线路（Urban Line），以S线称呼市域线路（suburban Line）、以E线称呼市域快线（Express Line）。
市区线路
主要为延长既有线路、新建加密线路：
1号线（三期）：钓鱼台——森林公园
线路将U1西端起点由森林公园延伸至沣西新城的钓鱼台，在森林公园与E7换乘，U1全线连接沣西新城、西郊工业区、老城区、东郊工业区、纺织城综合发展区，U1全长36.0公里。
2号线（二期）：陈家堡——北客站
线路将U2北端起点由北客站延伸至陈家堡，U2全线连接火车北客站、行政中心、经开区、老城区、文教区、会展中心、韦曲、常宁，U2全长30.2公里。
3号线（二期）：南丰——鱼化寨
线路将U3西端起点由鱼化寨延伸至南丰，在南丰东和E7换乘，U3全线连接高新区、文教区、曲江新区、东郊工业区、浐灞生态区、国际港务区，U3全长42.5公里。
5号线（二期）：余姚——和平村
线路将U5西端起点由和平村延伸到余姚，5号线全线连接沣西新城、西郊工业区、老城区、曲江新区、狄寨、火车纺织城站，U5全长46.5公里。
8号线：未央湖——南客站
线路连接经开区、文教区、大学城、火车南客站，在未央湖与S10主线换乘，在曹家堡与E13换乘，在百花村与U4换乘，在市图书馆与U2换乘，在玉祥门与U1换乘，在安定门与U6换乘，在西工大与U5换乘，在太白南路与U3换乘，在文理学院与E7换乘，在大学城与E12换乘，在南客站与U6换乘，全长41.9公里。
市域线路
全部为新建线路，线路连接近郊中心市镇。
10号线：主线：未央湖——渭北新城东；支线：泾渭新城——鹿苑
主线在未央湖与U8换乘，在泾渭新城和S10支线换乘、在渭北新城北和E14换乘，连接泾河工业园、泾渭新城、临潼渭北工业新城，全长29.2公里。
支线在泾渭新城从S10主线引出，连接泾渭新城、高陵县城，全长7.1公里。
15号线：高新外包基地——甘亭
线路在高新外包基地与E9换乘，连接高新外包基地、户县副中心，全长15.3公里。
市域快线
全部为新建线路，部分线路为主城区至近郊中心市镇或主要客流集散地的大站快线，部分线路连接远郊中心市镇。
7号线：杜陵——咸阳西站
市区快线+城际线，线路在雁南四路与U4换乘、在会展中心与U2换乘、在文理学院与U8换乘、在木塔寺与U6换乘、在丈八北路与E12主线换乘、在南丰东和U3换乘、在和平村西和U5换乘、在沣东和E13换乘、在森林公园和U1换乘，连接曲江新区、会展中心、文教区、高新区、阿房宫火车站、沣东新城、咸阳市区、咸阳火车西站，全长48.9公里。
9号线：航天基地东——草堂西
近郊快线，线路在飞天路和U4换乘、在航天城和U2换乘、在郭杜南和U8换乘、在子午和E12主线换乘、在韦斗路和U6换乘、在高新外包基地和S15换乘，连接国家航天基地、韦曲、大学城、高新外包基地、东大、草堂，全长41.9公里。
11号线：沙坡——华清池
近郊快线，线路在万寿南路和U6换乘、在万寿路和U1换乘、在临潼和E14换乘，连接东郊工业区、纺织城综合发展区、临潼副中心、兵马俑、华清池，全长31.5公里。
12号线（二期）：中兴产业园——底张
市区快线，主要建设12号线主线的跨渭河、渭河以南区段，线路在大学城和U8换乘、在子午和E9换乘、在中央商务区和U6换乘、在丈八北路和E7换乘、在延平门和U3换乘、在金光门和U6换乘、在森林公园和U1换乘，在底张和E12支线换乘，E12主线连接中兴产业园、高新区、西郊工业区、沣东新城、秦咸阳城遗址区、西汉帝王墓葬区、西安咸阳国际机场，全长45.3公里。
13号线：沣西新城——窑村机场
市区快线，线路在世纪大道和U1换乘、在六村堡和E12主线换乘、在北客站和U2、E12支线换乘、在曹家堡与U8换乘、在新筑和U3换乘，连接沣西新城、沣东新城、草滩生态产业园、经开区、国际港务区、窑村机场，全长41.7公里。
14号线：窑村机场——阎良
1 地铁工程概况
此地铁工程位于比较繁华的城市, 全场226.10m, 高13.15m。设计隧道覆盖土层厚度6m, 属于第四系地层厚度达80m, 地铁线路与市政管线相交, 工程区域自上而下土质分别为人工砸涂层、杂填层、亚粘土、中粗砂层以及中砾层等, 水位情况如下图1所示, 车站下部处在两层含水层之间, 地层稳定性不一。地铁工程标准高, 难度大, 地理环境比较特殊, 因此采用暗挖法进行施工, 在施工中需要保持重要管线的正常运行, 还需要保持地层的稳定性。
2 暗挖法施工技术
考虑到车站范围内的路面比较狭窄, 管线复杂, 难以进行移动, 因此施工中需要采取安全便于沉降控制的方法, 也就是暗挖来来进行施工, 具体施工步骤如下图2所示。使用施作网喷混凝土来作为支护结构, 先挖八条导洞, 在导洞内从上而下开始浇筑边桩和安装钢管柱操作, 形成一个条形基础。再进行上部土体的挖掘, 来作为初期阶段的支护, 采用地膜技术拆除掉支护结构施作中层板, 再开挖下部土地结构, 并进行注浆使结构外的缝隙填充完好。
为使车站上部的砂砾石地层达到降低承压水的目的, 需要进行施工降水, 根据图2中的水文地质情况在车站两侧外延布置管井井点来进行降水。从以上的施工方案中可以看出, 整个施工阶段会存在一个施工空间比较狭窄的阶段, 为确保安全施工, 采取更加具有成熟性的浅埋暗挖法进行施工, 以便更好的控制地层沉降的现象。具体而言, 先根据导洞内的作业空间情况先后使用多种改型钻机进行施工, 具体工艺为直径为800mm的GSD-50改性大口径液压钻机施工8~14h, 直径为800mm的XQD-100型泵吸反循环机械钻机工作36~60h, 最后再由直径为1000mm的GPS-Ⅱ性泵吸反循环机械钻机工作36~48h, 其次还需要合理的布置钻桩的具体方位, 为防止对已成孔造成扰动, 采取跳孔进行施工。由于导洞空间狭窄, 因此需要把作业区和道路运输区分开, 完成后还需要清理积水。
此暗挖法的最大特点就是在洞内形成条形基础, 在这个工序中会涉及到预留钢筋的连接问题, 因此对条形基础在施工前, 需要先采取一段冷挤压另一端直螺纹连接的钢筋接头型式进行施工, 考虑到施工空间比较狭窄, 可以采用分段后退灌筑的方法进行施工。为保证中柱的稳定性, 其受力情况需要不断进行调整, 尤其是在重点部位如边跨拱部等, 在施工中不但要严密监控, 还需要设置对拉锚杆来调整平衡力。
管段式施工技术主要包括管线的加固处理和控制地层变形的处理, 在控制地层变形的措施中主要包括加强支护结构以及增设锁脚锚管等方式。在地铁上部支出完成后, 再使用暗挖法从上往下施工, 需要维护稳定性的结构主要包括模筑混凝土悬吊结构以及悬臂边桩等的稳定。对于维护上部的模筑混凝土悬吊结构稳定性而言, 需要采取设置边桩牛腿和分段施工的方法来进行, 维护悬臂边桩的稳定性需要采取设置衡量以及加固基底注浆等措施。
3 暗挖法施工工艺数据分析
下导洞的开挖阔度比较大, 约为4.5m, 因此在施工中容易引发地表沉降槽宽度与地表沉降叠加在一起, 沉降增值约为45%。在大跨开始施工的过程中, 由于其跨度为5.28m, 比较大, 并且其结构表现为扁平, 由于之前已做了支护处理, 因此此处的地表沉降值仅为6mm。引发地表沉降的主要原因是开挖后支护前的地层有所变化, 由于地址砂砾石地层属于主要的降水层, 因此此处的地面沉降值也比较小, 为2mm, 地表沉降累计为20mm。
地铁暗挖法在施工中导洞的作用主要是用来做临时的支护结构, 因此在施工中为节省资金采取了比较经济的支护结构形式。为明确导洞的实际受力情况, 采取了围岩压力来测定其安全性, 经测定发现下层边导洞的围岩压力为0.016~0.024MPa, 下层中导洞为0.03~0.05MPa, 上层边导洞围岩压力为0.004~0.008MPa, 上层为0.006~0.012MPa。在施工阶段, 围岩压力还需要根据不同部位如基底以及边墙等进行分析, 边墙的围岩压力主要由于拱部推力而产生的, 基底压力随着条形基础基底压力的上升而上升。由于压力原件埋设的时间较晚, 因此地板的实测压力要偏小一些, 条形基础基地压力主要呈现马鞍形分布。地铁车站的核心受力部位为钢管柱, 而且其受力情况并不是一成不变的, 具体而言, 在边跨开挖的过程中弯矩为217.8k N·m, 轴力为3070.7k N, 中跨开挖弯矩为111.0k N·m, 轴力为5624.0k N。
4 结语
本文先简单分析了地铁施工中的围岩压力以及支护结构等情况, 进而论述暗挖法在地铁施工中的应用。大量实践证明, 对于繁华城市的地铁施工, 这种方法更加合适, 并且安全性很高, 值得在实践中大范围推广使用。
参考文献
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摘要：本文以重庆轨道交通五号线园博中心站～丹鹤站区间暗挖隧道穿越回填土段为例，详细介绍了隧道施工中采取的一系列符合实际有效的措施，克服了地面沉降、隧道不均匀变形、暴雨季节大量涌水等诸多问题，顺利攻克了暗挖隧道穿越富水、高填土段的施工难题，确保了隧道按期贯通。
关键词：地铁隧道；暗挖穿越；富水地层；高填方地层；不稳定地层
一、工程概况
重庆轨道交通五号线土建5101标工程，里程为DK7+800～DK11+010.446，线路全长3210.446m。工程包含2站3区间。其中园博中心站～丹鹤站区间（以下简称园～丹区间）从园博中心站大里程端起始，下穿重庆力帆停车场后向西南方向前行，依次下穿重庆力帆乘用车项目KD新厂房、储油库、重庆力帆污水处理站后，再继续向西南行进进入丹鹤站。园～丹区间为单洞单线隧道，右线隧道长1152.784m，左线隧道长1158.044m。隧道拱顶埋深15.3～22.8m，均采用暗挖法施工。区间右线YDK8+431.211～YDK8+760.000、左线ZDK8+430.991～888.000段隧道位于回填层；其中区间右线YDK8+464.5～714.956、左线ZDK8+468.5～706.737段隧道底部位于回填层。其余段隧道上部为回填层，下部为砂质泥岩。区间总平面布置见图1，穿越回填土段地质纵剖面见图2。
图1 园～丹区间总平面图
图2 区间穿越回填土段地质纵剖面图
二、施工风险分析
根据前期勘察回填土段，原为荒芜谷地，后来在快速的城市建设中被废弃的建筑渣土填满。填土层平均厚度40多米，最深处达到60多米，土质多由大块孤石、粘性土夹砂、泥岩块石以及混凝土、砖块等生活垃圾。當初该地方还未纳入规划范围，填土是以抛填的方式进行。大小石头、砖头、泥土、混凝土废渣和生活垃圾等交混在一起，地质疏松、不均匀，承重能力差。回填土空隙大，透水性强，水含量丰富。回填土层为最近3～10年形成的，不同渣质之间在不断的相互作用，虽然前期进行过碾压夯实，但并不能保证其稳定性。
同时回填段原为低洼谷地，巨大的V字形山谷形成天然的积水池，同时回填土空隙大，透水性强，水含量丰富。在其中进行隧道开挖就像是在“悬浮”土层中施工一样，上下左右都没有稳固的可附着力的地方，稍有不慎就会发生下沉或偏移。同时隧道底部是十几米厚的松软回填土层，隧道本身巨大的重量使隧道就像在水里漂浮一样，一旦通车，在列车的重力和震动冲击作用下，隧道很容易下沉，出现不均匀沉降，而出现隧道开裂的险情。
三、沉降诱因分析
在施工期间为保持人工填土段地表建筑的稳定性与道路的正常运行，对路面沉降提出要求严格。在施工准备阶段，对隧道施工期间可能引起地层沉降的原因进行了系统分析。
1、土体特性的影响
园～丹区间隧道拱顶埋深15.3～22.8m，上覆土体全部为人工填土，主要为砂岩和碎屑岩，分析认为隧道开挖扰动后，易引起开挖周边土体松弛变形，出现潜在的坍滑区。
2、道路通行车辆荷载的作用
隧道施工期间上部道路按原标准通行，车辆密集。由于隧道埋深浅，必须考虑车辆荷载作用，特别是重型车辆高速通过时引起的震动较大，施工时应充分考虑。
3、地下水作用
由于回填地层空隙率大，地层富水后在水作用下第地层形成挤密效应，加剧不同渣质之间相互作用，降低地层稳定性。同时在隧道开挖过程中，会形成水土流失，更加剧了地层沉降。
4、地层应力的释放
由地层的收敛约束特性可知，随地层位移的增大，上覆地层施加到隧道结构上的荷载将减小。最佳支护概念就是在允许地层产生稳定位移的条件下，使支护结构所受的力最小。浅埋暗挖隧道，为保证地表的变形得到控制，原则上不允许地表出现超越规定值的下沉而换取最佳支护条件。而且，本工程土体为人工填土，是具有潜在坍滑面的地层。随地表下沉、地层应力的释放，坍滑面会逐次产生，伴随着地表大范围下沉，沉降槽宽度及下沉量均较大。可见，采取有效的支护措施，控制地层应力释放度是解决下沉及范围的关键。
四、总体施工方案
控制开挖过程中产生沉降的关键是保持开挖工作面的稳定，选择合适的施工方法非常重要。园～丹区间回填段采用环形预留核心土法进行机械开挖，分步进行支护。其余断面均采用全断面法进行水压爆破施工。同时为了保证施工过程中及地铁开通运营后，区间结构稳定。项目借鉴在不稳定地层上搭高架桥的做法，为隧道打上桩基。通过桩基密集地立足下方稳定岩层，稳稳得托住隧道，减轻下方回填土层的承重，使隧道在松散的地基上站住了脚。同时桩基能够保证隧道建成后下方地下水的正常循环，从而消除了地下水积压导致隧道上浮的风险。
五、施工工艺方法
（一）技术参数
区间隧道采用曲墙+仰拱的五心圆马蹄形断面，隧道开挖尺寸为7m×6.87m，衬砌均为复合式衬砌。区间分A型、B型、C型、D型、E型五种断面衬砌形式。区间断面设计参数见表1。区间右线YDK8+431.211～760.000、左线ZDK8+430.991～888.000段隧道位于回填层；其中区间右线YDK8+464.5～714.956、左线ZDK8+468.5～706.737段隧道底部位于回填层。区间右线YDK8+431.211～760.000、左线ZDK8+430.991～888.000段隧道位于回填层；其中区间右线YDK8+464.5～714.956、左线ZDK8+468.5～706.737段隧道底部位于回填层，隧道底部设置?400钻孔灌注桩，桩底嵌岩深度1.5m，单轴抗压强度达10.6MPa；每断面横向设置4根桩，桩纵向间距1.2m。其余段隧道上部为回填层，下部为砂质泥岩。区间为单洞单线隧道，回填段采用环形预留核心土进行开挖，其余断面均采用全断面法进行开挖。
表1 园～丹区间断面支护参数表
支护
类型开挖方式支护二次衬砌
超前支护喷射混凝土及钢筋网锚杆钢拱架
A型衬砌断面全断面、环形预留核心土（回填段）拱部180°范围内两排φ42超前小导管，第一排L=4.5m@0.4m×2.4m（外插角10°），第一排L=3.5m@0.4m×2.4m（外插角60°）C25混凝土27cm厚Φ8-@200×200mm钢筋网，双层φ22药卷锚杆L=3.5m环纵向间距1m×0.6mⅠ20b型钢拱架0.6m/榀C40，P12钢筋混凝土，仰拱80cm，拱墙60cm
B型衬砌断面全断面拱部180°范围内两排φ42超前小导管，第一排L=4.5m@0.4m×2m（外插角10°），第一排L=3.5m@0.4m×2m（外插角60°）C25混凝土27cm厚Φ8-@200×200mm钢筋网，双层φ22药卷锚杆L=3.5m环纵向间距1m×0.5mⅠ20b型钢拱架0.5m/榀C40，P12钢筋混凝土，仰拱60cm，拱墙60cm
C型衬砌断面全断面拱部120°范围内φ42超前小导管，L=4.5m@0.4m×3.0m（外插角5°）C25混凝土25cm厚Φ8-@200×200mm钢筋网，双层φ22药卷锚杆L=3m环纵向间距1m×0.5mⅠ18型钢拱架0.5m/榀50cm厚C40，P12钢筋混凝土
D型衬砌断全断面─C25混凝土23cm厚Φ8-@200×200mm钢筋网，双层φ22药卷锚杆L=2.5m环纵向间距1m×1mⅠ16型钢拱架1m/榀35cm厚C40，P12钢筋混凝土
E型衬砌断全断面─C25混凝土26cm厚Φ8-@200×200mm钢筋网，双层φ22药卷锚杆L=3m环纵向间距1m×0.75mⅠ18型钢拱架0.75m/榀45cm厚C40，P12钢筋混凝土
（二）超前地质预报
在隧道开挖前应利用超前地质预报手段，探明开挖面前方围岩特性、软弱地层段、构造等情况等，根据得出的结果，信息反馈，为正确的选择施工方法、优化支护、采取特殊措施等提供依据，指导施工。
本工程综合利用工程地质法与超前水平勘探进行超前地质预报工作。采用洞内地质素描，每10米对左侧洞壁、右侧洞壁、洞顶及掌子面各拍摄一张数码相片。浅埋段采用多孔水平钻探、多孔CT（按6孔），钻孔长度30m；深埋段每50米单孔水平钻探一孔，单孔长度10米；孔内数码成像。
（二）洞身开挖
回填段采用环形预留核心土法进行机械开挖，其余断面均采用全断面法进行水压爆破施工。上台阶必须采用人工开挖，每循环开挖进尺不大于1榀钢架。边墙开挖进尺不大于2榀。仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆（管），每循环开挖进尺不大于3m。初期支护封闭成环位置距上台阶掌子面距离不大于35m。下台阶施工两侧应错开一循环。采用挖机扒碴排险，装载机装碴，自卸汽车运至指定弃碴点。环形预留核心土开挖见图3。
图3 环形预留核心土开挖示意图
（三）初期支护
为控制地层应力的释放，隧道施工特别重视支护工作，严格遵循“管超前、严注浆、强支护、块封闭、勤量测”的技术要求进行施工。隧道A、B、C型断面均设置超前小导管，超前小导管采用?42热轧无缝钢管加工制成，壁厚4mm；隧道采用工字钢钢架，工字钢型号有20b、18、16，拱架接头处设置锁脚锚杆；隧道锚杆型式为Φ22砂浆锚杆，采用YT-28型风钻钻孔，高压风枪清孔；大跨隧道初支鋪设双层钢筋网片，单洞单线隧道铺设单层钢筋网片，网片规格HRB300φ8@200×200mm；喷射混凝土强度等级为C25，初期喷射厚度23cm～35cm。各断面具体设计参数详见表1。
（四）垫层施工
在隧道底部设置垫层能够承受并传递上部荷载，保护地基土防止扰动，减少沉降。本区间隧道底部设施C25垫层混凝土，A型断面垫层厚度27cm，B、C型断面垫层厚度20cm，D、E型断面垫层厚度15cm。垫层紧随开挖进行，为减少其与出碴运输的干扰，采用横向通道左右线转换施工。测量放线，测量组根据设计现场标示出基底标高。人工进行捡底，清除软土、泥浆及浮碴；采用商品混凝土，泵送至浇注点，坍落度宜为12～14cm，。人工摊平，平板震捣器捣固，捣固密实后找平、收光。混凝土浇筑完成后12小时内进行洒水养护。
（五）钻孔灌注桩
由于在隧道有限空间内进行桩基施工，结合现场实际采用“分段钻孔，分段打桩”的方法。设备钻杆由5m统一截短至2m，将钻机底座截短以适应隧道最边部50cm高的空间。工序上前方开挖后方钻孔紧密结合，打孔严格过程控制，防止分段衔接过程中的塌空，为确保桩基质量。
隧道底设置?400钻孔灌注桩，桩底嵌岩深度1.5m，同时此昵称的天然湿度单轴抗压强度达10.6MPa。每断面横向设置4根桩，桩纵向间距1.2m。桩基待垫层施工强度达到70%后紧随进行施工，每循环施工两排共8根桩。定位放样，路面垫层；埋设护筒，护筒直径较桩径大10cm，壁厚6mm，长1.5～3m，护筒顶高出垫层不少于0.3m，护筒中心与桩中心偏差不得大于20mm。钻孔灌注桩设计见图4。
图4 钻孔灌注桩设计图
桩基采用小型旋挖钻机LQ-11进行钻孔，机械尺寸为5.65m×2.42m*3.3m，满足现场施工要求。根据配备的导向装置检查控制钻孔的垂直度，以确保钻孔垂直度保持在允许范围内。成孔一次完成，中间不能间断施工，成孔完毕至灌注混凝土的间隔时间不能大于24h。钻进过程中若发生斜孔、弯孔、缩径、塌孔或沿护筒周围冒浆以及地面沉陷等情况，立即停止钻进，采取措施处理。当钻孔倾斜时，可往复扫孔修正，如纠正无效，在孔内回填粘土或风化岩块至偏孔处上部0.5m，再重新钻进；钻进中如遇塌孔，立即停钻，回填粘土，待孔壁稳定后再钻。钻孔完成后分节吊装钢筋笼，及时进行水下桩基混凝土灌注。
（六）衬砌及回填注浆
为了有效控制区间隧道沉降，在初期支护及下部端承桩基完成后及时施作仰拱及拱墙衬砌，将隧道各受理体系连成整体。隧道衬砌采用9m液压全断面台车施工。在衬砌前在拱顶设置φ42mm钢管，对二衬背后进行回填注浆。衬砌背后根据地质雷达检测情况和出水情况，选择合理的注浆参数和注浆材料，对衬砌背后进行回填及压浆堵水。回填注浆应在衬砌混凝土强度达到设计强度的70%后进行，达到设计标准。以达到消除拱墙衬砌背后空洞，将隧道衬砌体系与周边围岩紧密联系，达到共同作用的目的，有效控制地层沉降。
六、结论
项目通过精心策划、精细化管理。过程中采用了孤石爆破、机械开挖、分段钻桩、分段打桩等符合实际的工法，克服了地面沉降、隧道不均匀变形、暴雨季节大量涌水等诸多问题，顺利攻克了隧道穿越富水、高填土段的施工难题，确保了隧道按期贯通。工程安全、质量、进度可控，创造了可观的经济效益和社会效益。为以后城市地铁隧道相似工程地质条件下施工，提供了成熟的经验。
参考文献：
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