盾構下穿人行通道沉降影響研究

常 岐

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

0 引言

隨著地下空間開發的深入進行，城市軌道交通得到了迅速的發展，在我國軟土地區修建的地鐵多采用盾構法施工，而在城市地區，地下空間的利用較為發達，盾構下穿過程中，一方面會對地層產生擾動，造成變形，另一方面，當盾構近距離穿越地下管線、結構基礎、人行通道等時也有可能誘發結構損害而導致使用性能受到影響［1-4］，如何采取有效措施減少盾構下穿對相鄰構筑物的影響是急需解決的問題，文中通過數值模擬，得到了盾構下穿人行通道過程造成的位移沉降變化規律，為相關工程提供了技術積累。

1 分析模型的建立

1.1 工程概況

人行通道外包尺寸為9.0m×4.5m，頂板覆土2m，底板底距離盾構頂部約2.4 m，通道主箱共分兩段，每段長約16 m，地道圍護結構為混凝土板樁，寬0.5 m，厚0.25 m，盾構機為大型土壓平衡盾構機，根據通道與在建隧道的關系，盾構推進過程中，盾構軸線兩側各8 m的板樁須清除，數值計算時不考慮板樁，工程范圍內的土層參數如表1所示。

1.2 分析模型

本次模擬根據工程實際情況，并考慮施工的影響范圍，模型尺寸取值如下:人行通道的長度取32 m，盾構對隧道從人行道向兩端各取40 m(20環)。隧道底部向下取20 m，隧道上覆土層按照實際取值。

模型的邊界條件為:前、后邊界面(Z向)取Z向固定位移約束，左、右邊界面(X向)取X向固定位移約束，底面(Y向)取Y向固定位移約束，土層中的應力場取為自重應力場。

模型中土層參數按照表1中所給數據取值，土層采用彈塑性實體單元模擬，人行通道襯砌和隧道襯砌采用彈性殼單元模擬，模型如圖1所示。

表1 土層物理力學參數

1.3 施工過程模擬

根據管片的寬度(2 m)確定如下的過程模擬情況:首先在推進到人行通道影響區內(360環)之前按照5環每步的速度模擬，進入影響區后(360環～365環)按照3環，2環的推進速度模擬。影響區內(365環～375環)的計算按照每一環計算一次模擬，遠離影響區時的計算分步和前面相同，掌子面推進至390環，模型貫通，整個過程分為18個施工步完成。人行通道和盾構隧道的位置關系如圖2所示。

圖1 模型圖

圖2 人行通道與盾構隧道位置關系圖

2 數值模擬結果及分析

圖3給出了盾構機推進到不同位置時刻，人行通道中軸線縱剖面的沉降變化情況。

可見，盾構機在推進時必然引起地層損失，使地層應力場發生變化，一方面當盾構推進到通道下方時，隧道襯砌剛度與原始土層差別較大加之隧道自身的沉降，引起通道產生位移，另一方面，盾構機距離通道位置不同時，通道處土體受擾動的情況不同引起的位移變化也不同。取圖3中靠近中線的一側節點(人行通道底部，編號M)的位移情況統計如圖4所示。圖4為測點位移增量圖，可以看到，當盾構推進到約360環時測點開始隆起，約375環時，隆起達到最大值，而370環時盾構機達到通道正下方，這一點正體現了盾尾后注漿的施工工序。當盾構靠近通道時，由于注漿壓力及土倉壓力的作用，通道底部受力向上產生位移，隨著盾構的推進，隧道產生位移從而使人行通道出現下降趨勢。

3 主要研究結論

針對盾構下穿人行通道的工程實例，建立了三維模型，通過模擬盾構機推進、管片拼裝過程，分析了人行通道的沉降位移變化規律，由分析結果可知，當盾構推進到通道附近時，盾構注漿壓力以及土倉壓力作用改變了原始地層應力，通道底部受到向上的作用力，表現為隆起;盾構推過通道截面一段時間后，隆起量達最大，這是由于盾尾注漿的滯后性所致，隨著盾構的推進，通道逐漸產生下沉，這是由于盾構隧道沉降以及土層壓縮的結果。

圖3 不同時刻人行通道縱剖面位移云圖

圖4 測點M豎向位移圖

可見，采取有效措施控制盾構隧道的沉降有利于減少盾構推進對鄰近構筑物產生的沉降影響。

［1］劉寶琛，林德璋.淺部隧道開挖引起的地表移動和變形［J］.地下空間，1983(7):1-7.

［2］孫 均.市區基坑開挖施工的環境土工問題［J］.地下空間，1999，19(4):257-265.

［3］劉建航，侯學淵.盾構法隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，1991.

［4］張慶賀，柏 炯.上海軟土盾構法隧道的理論與實踐［J］.同濟大學學報，1998，26(4):387-392.