盾构下穿越施工对已建隧道沉降的影响.doc

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1、盾构下穿越施工对已建隧道沉降的影响 摘 要:通过三维有限元方法对盾构近距离下穿越已建隧道的数值仿真模拟，得出盾构穿越施工时已建隧道随各进尺开挖的的沉降规律及施工影响特点，并根据实测反馈数据进行了对比分析，为合理确定施工方案和已建施工技术保护措施的选择提供可靠的依据。关键词:盾构;下穿越;三维有限元;沉降;监测 1引言     近年来，我国地铁建设发展迅速，地铁网络的逐步形成。当使用盾构工法新建隧道时，受地下空间限制及换乘的需要，不可避免地要穿越已建隧道，会遇到不同线路的隧道空间近距离交叉穿越问题。新建地铁隧道工程必须保证现有既有地铁线路的安全，施工面临极大的技术

2、难度和安全风险。     文献［1］采用通用解析Peck公式解析计算了盾构施工引起的邻近地下管线平面处的土体竖向位移。文献［2］运用边界单元法解析计算了盾构掘进施工过程中对已建建筑的影响。有限元数值模拟盾构施工步骤、管片与土层接触面、开挖过程中地应力释放等具有独特的优势，文献［3～6］分别采用二维、三维有限元方法模拟了盾构隧道穿越施工中的深层土体的位移场及邻近隧道的变形规律，分析了覆土、土体强度、结构刚度等因素对已建隧道变形的影响。文献［7，8］通过实测数据对盾构近距离穿越扰动影响问题进行了定量分析。     针对上海地铁7号线某区间近距离下穿越地铁1号线盾构掘

3、进工程，通过数值模拟，得出盾构法施工对近距离下穿越已建隧道的隆沉规律，为合理确定施工方案和施工技术保护措施的选择提供可靠的依据。并在监测反馈中得到印证，探讨了近距离下穿越施工技术控制要领。 2工程概况     地铁7号线某区间隧道施工中，上、下行线隧道在SDK17+040处穿越运营中的地铁1号线区间隧道。地铁1号线为正在运营的隧道，是上海市修建的第一条地铁隧道，目前日客流量在100万人次以上，本工程隧道施工时必须以百分百的把握确保地铁列车的运行安全。     (1)新建上、下行线隧道与地铁1号线隧道间距离很小，结构净距仅1．5m。     (2)该处为两根隧道先

4、后出洞施工。下行线隧道出洞完成穿越施工后2个月上行线隧道将再次出洞进行穿越施工，上行线盾构掘进使土体再次扰动。     (3)下行线盾构出洞推进15m后与隧道呈98°相交、下穿。由于工作面压力没有通过前100m试推进确定，要保持开挖面稳定难度较大。当下行线进入正常推进阶段后，而上行线再次进行出洞推进，隧道下行线距离常熟路站进洞口最近仅约18m。     (4)地铁1号线隧道所处的土层主要为④淤泥质粘土层，本工程隧道所处的土层主要为⑤1灰色粘土层。该两层土属高压缩性土，地基承载力差，受扰动后沉降大、稳定时间长。 3数值模拟     由于隧道开挖对邻近构筑物的影响具

5、有很强的三维特征，二维有限元法无法模拟三维空间效应。而盾构隧道开挖的三维模拟可考虑的因素较多，包括土体的本构模型、开挖面支护压力、盾构千斤顶推力等，因此相对比二维模拟可以得到较为全面而理想的结果。本文采用三维有限元分析软件模拟地铁M7线盾构隧道下穿越运营中的地铁1号线隧道的施工的力学性态以及对1号线隆沉变形规律。3．1计算模型以及边界条件的确定     计算中假定如下:①假定地表面和各土层均呈匀质水平层状分布;②计算中考虑衬砌管片分块之间的横向连接及各管片环之间的纵向连接对衬砌结构整体刚度的折减作用;③盾构每一推进步长为一环管片宽度1．2m(为缩短计算时间，计算

6、中采用了5～6m/步长);④不考虑盾壳本身与土体的挤压、剪切作用;⑤不考虑受施工扰动影响范围内的土体物理力学参数的改变。     土体材料按照理想弹塑性介质来考虑，选取8结点实体单元来模拟;由于管片材料的刚度较大，一般认为在弹性范围内工作，故选取弹性壳体单元模拟。为了提高计算效率，模型取在单元的网格划分上做了适当简化，远离隧道的土体单元较大，两隧道相互交汇处单元划分较密，计算模型的长×宽×高=57．5m×57．5m×39．75m(D=6．2m，H=13．0m)。分析时采用齐次边界条件，除了上表面为自有面外，其余4个侧面和底部均施加法向约束同时。3．2计算工况设计

7、     为了详细模拟盾构动态掘进过程，整个M7线开挖模拟共分23个工况，上下行线开挖各分20个工况，分别各进行10次进尺开挖。     (1)工况1为初始地应力场的模拟。     (2)工况2为1号线全长开挖并初始地应力场的模拟，得到七号线未开挖前土体和1号线的原始应力场。     (3)工况3至13为下行线开挖进尺，进行衬砌拼装，盾尾同步注浆及开挖面压力的模拟。盾构切口分别方向z坐标分别为－6m、－12m、－17．5m、－22．5m、－27．5m、－32．5m、－37．5m、－42．5m、－48．5m、－57．5m。      ( 4)工况13至23为上行线

8、进尺开挖，工况同上。3．