盾构下穿施工对隧道影响地数值模拟分析

《盾构下穿施工对隧道影响地数值模拟分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、专业知识分享版摘要:针对某盾构隧道下穿既有地铁暗挖隧道的施工力学行为进行了三维有限元数值模拟分析。研究结果表明:在盾构推进至距既有隧道边缘3m前，隧道会发生隆起，且在此位置时隆起量最大，之后开始沉降，在盾构将要穿出既有隧道时，沉降增量最大;隆起量随盾构推力和既有隧道刚度增大而增大，而沉降量与之相反;盾构下穿时，既有隧道结构横截面上会产生扭转，扭转角的大小随盾构推力增大而增大，随既有隧道刚度增大而减小。为确保下穿过程上方隧道的结构安全和列车的正常运行，在距既有隧道边缘3m时采取措施控制盾构推力和提高既有隧道周围土体的强度

2、非常有效。关键词:隧道盾构下穿数值模拟竖向位移横向扭转随着城市地下轨道交通的发展，下穿既有线路的情况时有发生。由于新线穿越既有线不可避免地会引起既有隧道结构产生附加应力和沉降，而地铁运营又对既有线的轨道变形有非常严格的控制标准，依据《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，运营隧道结构水平和沉降最大位移应＜20mm;根据《铁路线路维修规定》，轨道纵向每10m的沉降差应＜4mm。因此这类下穿工程对既有地铁的安全形成了严峻的考验。分析盾构下穿既有隧道的力学行为是非常必要的。姜忻良、赵志明等［1］用理论推导的方法，

3、提出隧道开挖时，上覆土在不同深度处的沉降计算公式;汪洋、何川等［2］利用模型试验和数值分析的方法，并考虑了隧道纵向和横向刚度的折减得到围岩、净距、推力对上覆隧道的位移和附加应力的分布规律;文献［3-5］利用三维数值模拟的方法提出下穿盾构的推进与上方近接隧道结构位移的关系;陈越峰、张庆贺等［6］通过数值模拟及实测数据的反馈，找出了上覆隧道的沉降规律;张海波、殷宗泽等［7］运用三维数值模拟的方法得出上、下隧道间的距离和相对位置对彼此的影响。本文以某盾构隧道下穿既有暗挖隧道工程为背景，采用有限元软件建立三维数值分析模型对盾构

4、下穿既有隧道全过程进行动态模拟。研究盾构下穿时，上方隧道竖向位移、横向变形与盾构的推力、位置及自身刚度的关系，从而找出盾构下穿时上方隧道位移、变形变化的趋势并给出相应的建议。1盾构下穿引起上覆隧道沉降理论分析盾构在推进时，有一定的超挖土量，在地层与管片间会留有空隙，虽有同步注浆，但水泥浆强度的升高需要一定的时间，且土层中有大量的孔隙，很难保证注浆的质量，这会引起地层应力释放，因此四周土体会挤向隧道，继而引起上覆地层沉陷，同时由于隧道的“长条”结构表现出一定的柔性，地层的沉陷会带动既有隧道结构发生位移和变形。到目前已经有

5、些学者和专家根据实际工程提出了相应的理论和经验公式来计算地下工程施工引起的沉降，Peck［8］提出的沉降槽理论和公式，虽然可以初步计算地面沉降大小，但是不能计算出不同深度处的沉降。一方面，由于各地地层及地下水对盾构施工期间影响的差异性及施工技术的不均衡性;另一方面由于结构效应，上覆既有隧道不管在纵向还是横向上，都有一定的刚度，一般比其所在地层的大。因此很难用统一的理论和公式准确地计算出盾构下穿时引起的既有隧道的位移。目前还没有公认的理论公式可以用来准确地计算盾构下穿引起的既有隧道的沉降，但是比较通行的方法有模型试验和数

6、值模拟两种。前者对试验条件要求比较严格，否则将得不到符合工程的结果;后者较易于实现，且有了一定的经验基础，是可行的方法。本文就是运用有限元方法对盾构下穿过程引起的一系列力学行为进行研究。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版2工程概况该工程位于商业比较发达的地段，周围高楼林立，交通流量极大。根据相关的资料和现场调查，上方既有隧道为矿山法修建，其顶部埋深为9.4m，左、右平行隧道中心距约为17m，隧道截面为“马蹄形”。下穿盾构隧道结构顶部的埋深为17.7m，左、右平行隧道的中心距为13m，隧道的外径为6m，内径为5.4m

7、，管片厚度为0.3m;上、下交叉隧道外壁的最小净距为2.3m。上、下隧道的平面位置如图1(箭头指向为盾构推进方向)。场地主要地层的物理及力学参数如表1。使命：加速中国职业化进程专业知识分享版3三维有限元模型3.1建模情况3.1.1基本考虑按照地铁设计图纸及勘查资料，确定隧道间的位置关系、距离和地层;根据隧道埋深、交叉区域的大小、地层情况及相邻地铁车站位置，确定整体模型的大小为137m×169m×35使命：加速中国职业化进程专业知识分享版m，如图2所示。本模型中的土体采用M-C本构，结构采用线弹性本构。3.1.2计算参数

8、上方隧道所在土层为可塑状粉质黏土;下穿盾构隧道所在土层为硬塑状粉质黏土、红层强风化岩和红层中风化岩。相关的土层力学参数如表1。上覆隧道采用矿山法修建，初次衬砌为喷射混凝土，厚度为0.3m，二次衬砌为现浇防水混凝土，厚度为0.3m，为考虑上覆隧道刚度对其位移的影响，本文取C20和C30两种混凝土分别研究。模型中采用板单元模拟衬砌;锚