超大直径土压平衡盾构穿越机场滑行道的安全控制技术研究

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1、第2期（总第178期）No.2(SerialNo.178)2015年4月CHINAMUNICIPALENGINEERINGApr.2015DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2015.02.034超大直径土压平衡盾构穿越机场滑行道的安全控制技术研究常莹[上海城建（集团）公司，上海200232]摘要：利用PECK法和有限元方法，对比研究超大直径土压平衡盾构在机场滑行道穿越过程中地面沉降的规律。通过建立三维数值模型模拟超大直径土压平衡盾构穿越机场滑行道的施工过程，研究该过程中滑行道变形的发展特性。进一步通过参数分析，研究开挖面压

2、力等对于滑行道变形的影响。关键词：超大直径土压平衡盾构；穿越；机场滑行道；安全控制技术中图分类号：U455.43文献标志码：A文章编号：1004-4655（2015）02-0106-051工程概述和纵向沉降见图1。上海市某交通枢纽中超大直径隧道工程采用直-iOix径14.27m的超大直径土压平衡盾构施工。该隧道δmax工程需要下穿运行中的机场滑行道。根据《国际民最大曲率0.6δmax反弯点航公约附件十四》（第3版），机场跑道变形控制要1.2δmaxS求跑道道面相邻2个坡度的变化≤1.5%，从一个a）横向沉降坡度过渡到另一个坡度最小曲率半径≥300

3、00m；注：图中S为地表沉降量，mm；x为沉降槽宽度，m；i为沉降槽宽度系数，滑行道道面从一个坡度过渡到另一个坡度最小曲率m；δmax为隧道中心线处最大的沉降量，mm。半径≥3000m。这对工程是一个很大的挑战。本文从经典PECK理论分析盾构推进对地层损失的影响，结合上海某穿越机场滑行道的超大直径土压平衡盾构法工程，建立三维有限元模型，模拟盾构的掘进过程，研究盾构掘进对于机场滑行道的影响，并提出具体控制措施用以指导施工。2盾构施工对机场滑行道的影响分析在软土层中建造隧道会引起地层移动而导致不同程度的地面及上方构筑物（建筑物）的沉降，b）纵向沉降即

4、使采用当前最先进的盾构技术也难以完全防止注：图中S（y）代表距原点距离为y的地面沉降量，mm；y为沉[1-3]沉降。PECK理论认为，盾构施工引起的地表降点至坐标原点的距离，m；yi为盾构推进起始点开挖面至坐标沉降是在不排水情况下发生的，所以沉降槽体积原点的距离，m；yf为盾构开挖面至坐标原点的距离，m；L为盾等于地层损失的体积。此法得到的地面横向沉降构长度，m。图1地面沉降及沉降范围预测分析图收稿日期：2015-01-262.1横向分布的地表沉降基金项目：上海市科委基金资助项目（11r21421200）计算断面取沉降最大位置，即隧道中心线和机作

5、者简介：常莹（1981—），女，工程师，硕士研究生，主要从事地下工程等领域的工程管理与施工技术研究工作。场滑行道线路中心线投影相交处的断面。计算参数106常莹：超大直径土压平衡盾构穿越机场滑行道的安全控制技术研究2015年第2期如下：隧道中心处埋深为23.9m，沉降槽宽度系数“平移”。为13.1m，沉降槽宽度为65.5m，盾构隧道面积（以距原点距离/m201020304050607080盾构外径计算）为159.93m。2地层损失值对预测地面沉降的准确度有最重要0-2切口到40.5m的影响，应仔细分析地质条件并参照已有经验后合-4切口到27m理确定

6、。根据本工程地质条件及类似土层中施工经切口到64m-6验确定地层损失率为可控制在0.2%，其中开挖面沉降量/mm-8引起的地层损失率为0.1%，开挖面以后引起的地-10层损失率为0.3%。考虑到推进时曲线、纵坡的影-12响会使地层损失增大，分别计算几种不同地层损失图33种工况下线路纵断面地表沉降率情况下的地表沉降，各地层损失率及地表最大沉3有限元分析降见表1。不同地层损失率情况下地表沉降曲线见由于PECK法无法考虑盾构隧道线路与机场滑图2。行道斜交、地面有超载以及不同盾构施工参数对机表1不同地层损失率及最大地表沉降场滑行道变形的影响，因此采用数值

7、模拟方法，把地层损失率VL/%0.600.400.350.300.200.15地层视为弹塑性介质，模拟研究盾构施工过程中引[4-5]起的线路变形。3地层损失量V/m0.960.640.560.480.320.233.1有限元模型图4为滑行道结构剖面示意图。图5为盾构穿最大沉降量Smax/mm29.1219.4116.9914.569.717.10越施工模拟的三维有限元模型，其中土体和注浆层距隧道中心距离/m采用实体单元模拟，盾壳、管片和机场滑行道采用-45-35-25-15-55152535450板单元模拟。为将边界条件的影响最小化，取隧道5损失

8、率0.15%两侧距离145m（大于10倍隧道直径）进行建模，10损失率0.20%模型尺寸为300m×164m×70m。盾构上覆土厚15损