试论新建盾构隧道垂直下穿对既有隧道的影响

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1、新建盾构隧道垂直下穿对既有隧道的影响摘要：本文以某新建盾构隧道模拟垂直下穿城市地铁隧道为例，运用了冇限元数值模拟技术来研究盾构隧道的施工环节，并解释了在间隔距离不同的情况下新建盾构隧道垂直卜•穿是如何对既有地铁隧道造成影响的过程。关键词：盾构隧道；地表下沉；垂直建造一、盾构隧道的定义及其内涵盾构法作为暗挖法施工屮的一种金机械化施工方法，是指将盾构机械在地屮推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构

2、的一种机械化施工方法。盾构法施工的复朵性非常强，其作业水平直接决定了其对周围环境的影响程度。因而，在准确把握盾构施工的主耍因素的而提卜•进行理论分析，才能使得到的结果更符合实际情况。二、盾构隧道的优点和缺点（一）盾构隧道的优点1、挖掘的速度快，安全性高。2、建筑隧道全程基本上可以实现门动化工作，降低了工人的劳动强度，减轻了工作压力。3、不会对交通设施和地下管线造成影响。4、隧道在河流中建造时不会阻碍航运工作，没有施工噪咅，不会受到气候条件影响。5、使施工过程更加经济化，技术更加先进化。（-）盾构隧道的缺点1、每一条隧道都是结合了符合

3、相关条件的信息制造的，因而具冇很强的针对性，不能直接用于其他隧道的建设，需要进行改造。机器本身造价昂贵，施工成本高。2、一旦出现隧道曲率半径过小或隧道顶覆土太浅的情况就无法按照原有的方案施工。3、在含水量较大的地质条件下施工，很难控制土地下沉的状况，这就要求衬砌必须具备很高的防水性。4、在水底施工时，如果出现覆土太浅的情况，容易造成安全隐患。5、采用全气压法疏干和稳定地层时不具备较好的施工条件，因而需要花费较大的成本来进行劳动保护。三、建筑模型的模拟计算国际社会对中关于建筑盾构隧道造成周围地质环境破坏的相关课题的研究已取得了很大发展

4、。近年来，新建盾构隧道下穿既冇隧道已经引起了各方关注，并成为对相关项口研究的主要内容。然而H前对该课题的研究主耍集屮在地而下沉的方面，但是，关于新建隧道下穿既有隧道的研究大多是从位移沉降角度进行分析，缺乏对隧道衬砌内力的探索。为了说明此观点，这里列举了某新建盾构隧道模拟下穿某城市地铁隧道的事例，通过使用有限元数值模拟技术，进一步阐明了新建盾构隧道垂直卜•穿既有隧道时，对周围土层变化产生影响的规律。（一）建立几何模型保证计算结果的准确性离不开模型的模拟计算，其屮，几何模型的建立是模拟计算的前提和基础。笔者在研究过程中，结合了土层变化、

5、衬砌性质、盾构机器施工方式等因素，建立了比较符合实际情况的几何模型。整体模型高100m,长120m.宽90m,如图所示。越江隧道的轴线沿Y方向，地铁隧道沿X负方向掘进。模型共43920个单几，43484个节点。如卜图1所示。图1儿何模型构建示意图(-)选择各项单元和参数在实际作业中，盾构壳存在着很大的刚度，盾构壳由于其刚度较大，结合线性弹性本构关系，参考钢结构来决定其弹性模量和泊松比的取值范围。采用盾尾注浆的方法可以使被干扰破坏的土层更加稳固，其材料要大于土的特性值，小于水泥土的特性值。纵向螺栓与横向螺栓将管片接连起来就形成了隧道的

6、衬砌,一般情况下，使用错缝拼装的方式可以实现衬砌的整休性的目的。以上这些情况容易造成混凝土的实际刚度大于衬砌的刚度，使得纵向和横向的刚度不一致。为了避免这些情况的出现，模型的衬砌使用线性弹性本构关系的原理制定。具体参数设定参考下表1:表1盾构壳的相关参数设置名称层”匝度粘聚力内摩擦角压缩模量弹性模量泊松比(m)(kN/M3)(kPa)(°)(MPa)(MPa)人工填土21510164120.3褐黄-灰黄色粉质粘土1.51&210174.6914.070.33灰色淤泥质粉质粘土2.317.61017.53.3610.080.33灰色淤

7、泥质粉质粘土1.417.61017.53.3610.080.33灰色淤泥质粘土9.716.81715.92.367.080.33灰色黏土&817.8271&35.7817.340.33灰色粉质粘土2017.93623.79.9429.820.33青灰-草黄色砂质粉土101&642523.3870.140.3草黄-灰色粉细砂43.51922829.8889.640.3(三)模拟施工过程未受到任何干扰破坏的土层具有原始的应力状态；开始最初的挖掘隧道的工程后，土层受到改变，土层的应力就会重新分布，越江隧道开挖后，地层受到扰动，引起土体应力

8、重分布，土层的应力状态就变为了二次应力状态；而新建隧道的动工乂再一次改变了土层，应力状态再次改变。所以，施工过程的模拟需要针对以上儿种情况来逐步进行。详情如下图2及图3所示:-120Bze&rMilMiliET方05101520259