盾構(gòu)隧道的近接施工對(duì)已建隧道產(chǎn)生的影響

文/趙海軍 中鐵五局集團(tuán)有限公司廣州工程分公司 廣東廣州 510800

盾構(gòu)隧道的近接施工對(duì)已建隧道產(chǎn)生的影響

文/趙海軍 中鐵五局集團(tuán)有限公司廣州工程分公司 廣東廣州 510800

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，地鐵建設(shè)已經(jīng)成為城市交通的重要組成，盾構(gòu)隧道進(jìn)接施工是地鐵建設(shè)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，土體局部加固下將出現(xiàn)新建隧道掘土體位移或者襯砌內(nèi)力變形，本文使用有限元軟件剛度牽引法進(jìn)行分析，對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)注漿加固會(huì)使位移與內(nèi)力降低，更會(huì)造成突變，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工范圍監(jiān)控尤為必要。

盾構(gòu)隧道；近接施工；內(nèi)力位移

小凈距盾構(gòu)施工方法有三種，一種是數(shù)值分析，是有限元軟件模擬盾構(gòu)開挖，對(duì)已建平行隧道附加應(yīng)力與位移進(jìn)行分析，了解收斂變形規(guī)律；一種是經(jīng)驗(yàn)與理論結(jié)合法，對(duì)施工監(jiān)測(cè)分析位移變形；最后一種是使用試驗(yàn)法對(duì)粘土小凈距平行隧道施工位移規(guī)律進(jìn)行模擬試驗(yàn)。本文結(jié)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(gòu)掘進(jìn)分析對(duì)已建隧道及周圍土體的影響。

一、工程概況

某市地鐵區(qū)間右線為緩和曲線，距離直線緩點(diǎn)705m，隧道測(cè)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(qū)間隧道外徑5.5m，內(nèi)徑4.3m，管片拼接襯砌為單洞形隧道，使用錯(cuò)縫拼接，襯砌寬1.5m﹑厚0.23m。從盾構(gòu)到底層分別為粉質(zhì)黏性土﹑粘土﹑粉土與細(xì)砂層，部分地段為淤泥質(zhì)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(jié)合的方法，在小凈距段左線與右線使用隧道管片設(shè)計(jì)，增加注漿孔，確保實(shí)現(xiàn)加固效果。

二、有限元分析

（一）理論研究

選取修正劍橋模型對(duì)土體進(jìn)行模擬，使用帽蓋屈服面與流動(dòng)準(zhǔn)則，存在主應(yīng)力空間服面與臨界狀態(tài)。模型屈服面方程為：

上述公式中，平均應(yīng)力為p ；偏向應(yīng)力參數(shù)為t；臨界狀態(tài)線斜率為M；控制屈服面形狀參數(shù)為β；初始化屈服面參數(shù)表示為α。

（二）有限元模型構(gòu)建

1.有限元建立

為使邊界效應(yīng)消除，模型斷面選取寬度﹑高度為60m﹑52.4m。左線隧道到50環(huán)設(shè)置為初始化加固段，加固環(huán)數(shù)為50～65環(huán)。土體使用劍橋模型，滲透單元為C3D8P，模型參數(shù)見下表一。從現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行參數(shù)測(cè)定；模型側(cè)面約束法向位移，底面約束為三向位移。因?yàn)樵搮^(qū)間段水位預(yù)埋深，模型設(shè)置與水位持平，設(shè)置底面與側(cè)面不排水邊界[2]。

表一 進(jìn)接度劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.有限元計(jì)算

施工中使用剛度遷移法對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)過程進(jìn)行模擬，假如盾構(gòu)是跳躍式掘進(jìn)的，則先對(duì)左線開挖，然后再開挖右線，每次推進(jìn)的長(zhǎng)度為一環(huán)管片寬度，標(biāo)準(zhǔn)為1.5m，按照整體結(jié)構(gòu)計(jì)算管片，對(duì)其剛度消減，消減比重為20%。盾殼最大剛度單元模擬負(fù)責(zé)荷載開挖，還要在掌子面上施加一個(gè)預(yù)進(jìn)力，以使掌子面壓力得到平衡。土體與結(jié)構(gòu)間存在一個(gè)位移，位移相互協(xié)調(diào)下減少了襯砌與盾構(gòu)間的相對(duì)滑動(dòng)力，忽略對(duì)盾構(gòu)尾與二次注漿影響的考慮[3]。

（三）結(jié)果計(jì)算與分析

1.土地位移場(chǎng)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(cè)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(cè)，左線隧道左側(cè)地表存在最大水平位移。當(dāng)左線區(qū)間隧道掘進(jìn)了120環(huán)，對(duì)應(yīng)各環(huán)地表對(duì)沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，單線隧道掘進(jìn)地表沉降初始階段環(huán)可忽略，即，DB6—1，其他各環(huán)對(duì)應(yīng)地表沉降控制在3mm內(nèi)[4]。

2.襯砌與周圍土體位移情況

選取左線隧道的5條監(jiān)測(cè)線進(jìn)行分析，分別向頂部﹑底部以及左右端土體隧道掘進(jìn)，對(duì)這5條監(jiān)測(cè)線土體位移情況進(jìn)行對(duì)比，個(gè)曲線位移變化存在差異。為了使模型邊界效應(yīng)消除，不對(duì)6環(huán)以及接受端的6環(huán)變形值進(jìn)行考慮。左線隧道加固區(qū)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(shì)；加固區(qū)向前進(jìn)入到頂部土體位置，出現(xiàn)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(yán)重，底部回彈小，對(duì)左線隧道周圍土體造成了下沉作用。通過以上分析得出結(jié)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?yàn)殚_挖時(shí)出現(xiàn)了擠壓作用，注漿加固保護(hù)效果明顯[5]。

結(jié)束語(yǔ)：

本文使用有限元分析法探究了盾構(gòu)隧道的近接施工對(duì)已建隧道產(chǎn)生的影響，結(jié)合工程概況表現(xiàn)了這一方法探究新建隧道有明顯作用。

[1]路平,蔣輝,鄭剛等.盾構(gòu)隧道的近接施工對(duì)已建隧道產(chǎn)生的影響[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,40(8):1121-1127.

[2]陳敬軍,王海祥.暗挖隧道近接上穿地鐵盾構(gòu)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(gòu)施工的相互影響分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2010,28(9):1856-1862.

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

[5]謝雄耀,牛俊濤,楊國(guó)偉等.重疊隧道盾構(gòu)施工對(duì)先建隧道影響模型試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013(10):2061-2069.