盾構隧道的近接施工對已建隧道產生的影響

【摘要】隨著我國經濟發展水平的不斷提高，地鐵建設已經成為城市交通的重要組成，盾構隧道進接施工是地鐵建設中的一項重要技術，土體局部加固下將出現新建隧道掘土體位移或者襯砌內力變形，本文使用有限元軟件剛度牽引法進行分析，對比觀測數據，發現注漿加固會使位移與內力降低，更會造成突變，對現場施工范圍監控尤為必要。

【關鍵詞】盾構隧道；近接施工；內力位移

小凈距盾構施工方法有三種，一種是數值分析，是有限元軟件模擬盾構開挖，對已建平行隧道附加應力與位移進行分析，了解收斂變形規律；一種是經驗與理論結合法，對施工監測分析位移變形；最后一種是使用試驗法對粘土小凈距平行隧道施工位移規律進行模擬試驗。本文結合具體案例探究某地鐵雙線隧道施工工程，使用有限元軟件模擬盾構掘進分析對已建隧道及周圍土體的影響。

一、工程概況

某市地鐵區間右線為緩和曲線，距離直線緩點705m，隧道測量坡度為0.1650%，隧道深埋15.8m；左線為直線，坡度0.1650%，隧道深埋15.8m。區間隧道外徑5.5m，內徑4.3m，管片拼接襯砌為單洞形隧道，使用錯縫拼接，襯砌寬1.5m、厚0.23m。從盾構到底層分別為粉質黏性土、粘土、粉土與細砂層，部分地段為淤泥質土[1]。兩條隧道凈距從原來的4m減少為2m，加固使用注漿與輪式支撐相結合的方法，在小凈距段左線與右線使用隧道管片設計，增加注漿孔，確保實現加固效果。

二、有限元分析

（一）理論研究

選取修正劍橋模型對土體進行模擬，使用帽蓋屈服面與流動準則，存在主應力空間屈服面與臨界狀態。模型屈服面方程為： （1）

上述公式中，平均應力為p ；偏向應力參數為t；臨界狀態線斜率為M；控制屈服面形狀參數為β；初始化屈服面參數表示為α。

（二）有限元模型構建

1.有限元建立

為使邊界效應消除，模型斷面選取寬度、高度為60m、52.4m。左線隧道到50環設置為初始化加固段，加固環數為50～65環。土體使用劍橋模型，滲透單元為C3D8P，模型參數見下表一。從現場取樣進行參數測定；模型側面約束法向位移，底面約束為三向位移。因為該區間段水位預埋深，模型設置與水位持平，設置底面與側面不排水邊界[2]。

2.有限元計算

施工中使用剛度遷移法對盾構掘進過程進行模擬，假如盾構是跳躍式掘進的，則先對左線開挖，然后再開挖右線，每次推進的長度為一環管片寬度，標準為1.5m，按照整體結構計算管片，對其剛度消減，消減比重為20%。盾殼最大剛度單元模擬負責荷載開挖，還要在掌子面上施加一個預進力，以使掌子面壓力得到平衡。土體與結構間存在一個位移，位移相互協調下減少了襯砌與盾構間的相對滑動力，忽略對盾構尾與二次注漿影響的考慮[3]。

（三）結果計算與分析

1.土地位移場的分析

完成左線隧道施工，地表沉降處于隧道正上方，最大水平位移在右側地表位置；右線隧道也完成施工后，地表沉降處于2條隧道之間右線一側，左線隧道左側地表存在最大水平位移。當左線區間隧道掘進了120環，對應各環地表對沉降進行實時監測，監測結果顯示，單線隧道掘進地表沉降初始階段環可忽略，即，DB6—1，其他各環對應地表沉降控制在3mm內[4]。

2.襯砌與周圍土體位移情況

選取左線隧道的5條監測線進行分析，分別向頂部、底部以及左右端土體隧道掘進，對這5條監測線土體位移情況進行對比，個曲線位移變化存在差異。為了使模型邊界效應消除，不對6環以及接受端的6環變形值進行考慮。左線隧道加固區隧道頂部土體沉降值為10～15mm，隧道底部土體回彈為8～13mm，由此，隧道截面呈“橫鴨蛋”狀，存在變形趨勢；加固區向前進入到頂部土體位置，出現土體沉降與底部回彈縮小。右線隧道開挖比左線頂部土體沉降嚴重，底部回彈小，對左線隧道周圍土體造成了下沉作用。通過以上分析得出結論為：新建隧道施工土體表面最大沉降與位移所有增加，水平位移影響豎向位移，這是因為開挖時出現了擠壓作用，注漿加固保護效果明顯[5]。

結束語：

本文使用有限元分析法探究了盾構隧道的近接施工對已建隧道產生的影響，結合工程概況表現了這一方法探究新建隧道有明顯作用。

參考文獻：

[1]路平，蔣輝，鄭剛等.盾構隧道的近接施工對已建隧道產生的影響[J].北京工業大學學報，2014，40（8）：1121-1127.

[2]陳敬軍，王海祥.暗挖隧道近接上穿地鐵盾構隧道的施工模擬[J].鐵道建筑，2011（10）：44-47.

[3]陶連金，孫斌，李曉霖等.超近距離雙孔并行盾構施工的相互影響分析[J].巖石力學與工程學報，2010，28（9）：1856-1862.

[4]凌昊，仇文革，孫兵等.雙孔盾構隧道近接施工離心模型試驗研究[J].巖土力學，2010，31（9）：2849-2853.

[5]謝雄耀，?？?，楊國偉等.重疊隧道盾構施工對先建隧道影響模型試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2013（10）：2061-2069.