双线平行盾构隧道施工引起的三维土体变形研究_魏纲

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基坑工程对运营地铁隧道影响的实测分析_魏纲

魏纲1李钢2苏勤卫2(1浙江大学城市学院土木工程系，杭州310015；2浙江大学建筑工程学院，杭州310058)基坑工程对运营地铁隧道影响的实测分析摘要杭州市某地下通道工程上跨已运营的杭州地铁1号线盾构隧道，其基坑上跨段地质条件及周围环境复杂，需对其引起的既有隧道的变形进行严格控制，因此设计中针对性地采取了地基加固、分段开挖等施工控制措施。

文章针对桩基工程阶段和基坑开挖阶段的隧道监测数据，研究分析了不同施工阶段盾构隧道竖向位移、水平向位移及收敛变形的规律和特点。

实测结果表明：桩基工程施工可引起隧道的竖向下沉(最大值为5mm)，对水平径向收敛影响不大；基坑开挖可引起隧道的上浮(最大值1.9mm)及水平径向收敛变形，对水平位移影响不大。

关键词盾构隧道基坑开挖上跨地铁隧道现场监测数据分析中图分类号：U456.3中图分类号：A文章编号：1009-6582（2014）01-0179-07修改稿返回日期：2013-05-29基金项目：国家自然科学基金资助项目(51078332)；浙江省自然科学基金资助项目(Z1100016).作者简介：魏纲（1977-），男，博士、副教授、硕士生导师，主要从事地下隧道施工对周边环境影响及风险控制方面的研究工作，E-mail ：weig@.1前言地铁作为现代城市的交通命脉，其安全性极为重要。

但是，随着城市建设发展的需要，不可避免地会在已建地铁隧道附近进行各种施工活动[1]。

在地铁隧道附近的基坑工程会造成坑底土体的回弹与隆起，改变隧道周围土体的应力状态和应力水平，使下卧盾构隧道产生竖向和水平位移，同时横、纵截面都会产生收敛变形。

与此同时，对地铁隧道变形要求极为严格，例如，上海市地铁邻沿线建筑物施工保护地铁技术管理暂行规定[2]中指出：地铁结构最终绝对位移不能超过20mm ，变形曲率半径不小于15000m ，相对曲率不大于1/2500。

若产生变形过大，会使隧道衬砌漏水、漏泥，影响隧道的使用和适用性，甚至造成隧道主体结构发生破坏[3，4]。

基于有限元模拟的双线平行盾构隧道近距离界定

笔者提出了双线水平平行盾构隧道的相对水平降槽宽度增加，但只有当沉降槽以两隧道中轴线为对称
距离系数Ｃ，采用维有限元模拟．将双线平行盾构施中心时，适合用Ｐｅｃｋ公式来描述双线隧道引起的沉降规
ＷｅｉＧａｎｇ，ＰａｎｇＳｉｙｕａｎ
近年来，囝内许多城市的地铁工程采用双线水平分布，横向地引起的土体变形较大，尤其是地面沉降，会对周边环境和结构物产生潜在危害。目前，国内外
介质理论、离心模型实验．４＿１、边界单元法＿６ｌ、有限单的地面沉降量；５～为隧道轴线上方最大地面沉降量；
元法ｌ７．和现场实钡４法。其中Ｐｅｃｋ公式法应用较多，有
为单位长度土体损失量，ＶＩ￣＝＇ｒｒＲ２７，Ｒ为隧道开挖
Ｔ引起的地面沉降曲线与Ｐｅｃｋ公式相拟合，得到Ｐｅｃｋ律，在沉降槽计算中，用Ｒ＝Ｒ＋Ｌ／２来代替Ｒ，来描述沉降公式的适用范同，对双线平行盾构隧道的 “ 近距离 ” 进槽宽度的增加，式中为２条隧道轴线之间的水平距离。
摘
要：对Ｐｅｅｋ公式在双线水平平行盾构隧道引起的地面沉降计算中的适用范围进行讨论，提出相对水平距离系数Ｃ；

盾构隧道地表沉降模糊随机可靠度分析

盾构隧道地表沉降模糊随机可靠度分析魏风冉【摘要】盾构隧道施工引起地表沉降的计算方法已较为成熟,但由于引起地表沉降的因素存在随机性和模糊性,运用传统方法对隧道地表沉降进行可靠度分析不够准确.为此,基于Peck公式,考虑沉降因素的随机性和模糊性,运用一次二阶矩法计算结构可靠度,并与传统方法进行对比.研究表明:此方法可靠性更高,对工程实践具有重要意义.【期刊名称】《中原工学院学报》【年(卷),期】2017(028)003【总页数】3页(P67-69)【关键词】盾构隧道;地表沉降;模糊随机可靠度;Peck公式;一次二阶矩【作者】魏风冉【作者单位】中原工学院,郑州450007【正文语种】中文【中图分类】TU433依据盾构开挖工序，可将盾构施工引起的地表沉降大致分为3个阶段[1]。

研究盾构施工引起的地表沉降需要综合考虑其影响因素的随机性和模糊性。

廖瑛等指出，考虑模糊随机的方法可以为基坑工程安全系数的确定提供理论依据[2]；吕玺琳等对桩的可靠度分析结果表明，模糊性是不能忽略的[3]；王宇等对边坡可靠度的评价结果表明，考虑变量模糊随机性计算所得的可靠度指标能更好地反映边坡的稳定状态[4]；龚文惠等运用模糊理论建立了膨胀土路基沉降模糊可靠度模型，认为根据工程要求确定模糊临界区间的大小可保证其安全性[5]；肖尊群等利用一次二阶矩法建立了重力式挡土墙结构的模糊随机可靠度模型，认为考虑模糊随机性因素计算所得可靠度更符合工程实际[6]。

但是，用于计算盾构隧道引起地表沉降的经验公式法[7-8]、理论方法[9-10]、数值分析法[11-12]等还未能考虑其随机性和模糊性。

因此，本文考虑影响地表沉降诸因素的随机性和模糊性，利用Peck公式，结合一次二阶矩方法，对隧道地表沉降进行可靠度分析。

在城市地铁隧道施工中，为了保护周围环境和毗邻建筑物的安全稳定，要求最大地表沉降不能超过允许值，即：式中：沉降量Z<0即为地表沉降的失效状态。

土压平衡盾构掘进参数关系及其对地层位移影响的试验研究_魏新江

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土
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学2013 年源自文献[1－6]通过模型试验和理论研究，提出了土压平衡式盾构机掘进的数学物理模型、各个参数间关系以及刀盘扭矩的计算公式。林志对盾构施工产生的超孔隙水压力进行了系统的监测，并通过有限元模拟得到盾构机通过土体时产生的超孔隙水压力发展规律。文献[8－12]对上海地铁和南京地铁进行了现场监测，对土体扰动范围、超孔隙水压力消散与地表沉降的关系以及地表沉降发展规律等问题进行了研究和探讨。张冬梅等
[13] [7]
地表沉降通过水准仪测量，测点布置如图 1、2 所示，根据现场情况布置了 19 个观测点。编号为 CJ1～CJ19。深层土体侧向位移由测斜管进行监测，由于场地限制，共布置了 2 根测斜管，编号为 CX1 和 CX2，埋置深度为 25 m。孔隙水压力由孔压计测量，埋设有 5 个孔隙水压力计，编号为 KY1～KY5。其中，KY1～KY4 埋设在隧道轴线正上方土体中， KY5 埋设在隧道轴线垂直方向，距离轴线 15.7 m。测斜管兼做水位管使用。
地面
12.60
粉砂
KY5
淤泥质粉质黏土夹淤泥质黏土
CX2
7.85
CX1
图 2 测点横截面布置及土层分布图（单位：m） Fig.2 Cross-section of measuring points and tunnels at test site (unit: m)
/(kN/m3) /(°)
KY5 CX2 6 500 7 600 1 600
降预测。 Chen 等[14]对杭州地铁进行了监测，研究随
左线 5 000 5 000 3 000 5 300 5 550 5 000 3 000 CJ9

平行盾构隧道施工地表变位影响因素研究

沉隆变位量的增大，工程施工中采取调整顶推力、建议适当增大隧道净距等措施以降低平行盾构隧道施工对
地表环境的影响。
关键词：盾构隧道；向沉降槽；横纵向沉隆曲线；三维有限元；顶推力；净距
中图分类号：４１Ｕ５文献标识码：Ａ
ＹｕｉｈａｇｔＮｎａｇｕｕｗｙｓｃｏｎｔｅＸｎｍｅｏｌｅ一２ａｅｄｐｅＦＭｉｈｅｅｒｆｏｊｚｕｎａｋｎｃｎｓｂａｅｔｎｉｈｉｔｉａｏｉａｒｎ．Ｐｐｒａｏｔｄ３Ｅｎｔｅｒｓａｃｏ）的差异对地表沉隆变位量的影响。研究方法：以西安地铁二号线尤家庄至南康村区间盾构隧道研究对象，引入荷载释放系数和等效刚度系
数，采用三维有限元法对平行盾构隧道施工引起地表横向沉降槽和纵向沉隆曲线分布及变化规律进行了研
ｔｎｌｏｓｕｔｎｎｅｔｎｎｔｅｇｏｎｖｍｅｔｖｌｅｄｅｔｅｅｔｅｆｃｒ（ｕｈａｕｒｕｄｎｏｌｕｅｃｎｔｃｉ．ｉｆｉｓｏｈｒｕｄｍｏｅｎａｕｏｆｃｖａｔｓｓｃｓｓｒｎｉｇｓｉｎｒｏ：ｏｃｕｆｉｏｏｃｎｉｏ．ｔｎｅｃｖｒｇｔｉｎｓ，ｌａｉａｃｎｄａｃｒｅｅｃｒａｓｐｏｅ．ｏｄｔｎｕｎｌｏｅｎｃｅｓｃｒｓｎｅａｄａｖｎｅｆｃｔ）ａｅｌｒｂｄｉｉｉｈｋｅｄｔｏｏｎ
ＨＵｅ，ＺＥＮＧｎｇ—ｙｎｇＷｉＤｏａ
（ｈｉｔｉｗｙＳｒｙ＆ＤｓｎＩｓｔｔｏｈｎ，ｉｎＳａｘ７０７，ＣｉａＴｅＦｒｇａｕｅｓＨｈｖｅｉｎｔｕｅｆｉａＸ，ｈｎｉ０５ｈｎ）ｇｉＣａ１

平行盾构隧道施工对地表和既有隧道影响的数值模拟

平行盾构隧道施工对地表和既有隧道影响的数值模拟摘要：平行隧道净距的大小将对地表沉降和既有隧道的变形、内力产生影响。

本文采用三维有限元方法，考虑管片衬砌的横观各项同性，计算了不同净距条件下地表横向沉降、既有隧道变形和内力随新隧道动态推进的变化。

计算表明，随着平行隧道净距的增大，地表横向沉降、既有隧道不均匀变形和弯矩、轴力均减小。

关键词：平行隧道；盾构法；横观各项同性；数值模拟0 引言随着城市的发展，地铁网络逐步形成。

为了节约造价，地铁隧道常采用平行双洞形式，由于受到地形条件或征地条件的限制，要求两隧道的间距尽可能减小，有时甚至远小于规范限制的最小间距，超出了规范6m的要求。

盾构法修建地铁隧道具有对周围环境影响小、施工安全快速等优点，已成为地铁建设的主流施工方法。

由于新老隧道间距小，新隧道的掘进难免会对地表和老隧道产生影响。

本文考虑管片衬砌结构横观各项同性，采用三维有限元方法模拟不同净距下盾构隧道动态推进过程中横向地表沉降和老隧道变形、内力的变化，总结平行隧道净距对上述值的影响。

1 计算模型及推进模拟1.1 有限元模型建立有限元模型示意图如图1所示。

两洞圆心到模型侧边界距离4D，到顶部边界距离2.5D，到底部边界距离4D，净距根据不同计算工况分别取0.5D，1.0D，1.5D，其中D为管片外径，D=6m。

盾构共沿-Z方向掘进60m（Z=0至Z=-60m）。

为了缩短计算时间并获取满足计算要求的较高精度，计算中老隧道采用一次顶推完成，新隧道采用2环1组的拼装进度进行顶推施工，单次顶推进尺3m（相当于2环），共沿隧道纵向顶推40个管片环。

计算采用三维实体单元模拟围岩土体、壁后注浆层，采用壳单元模拟管片衬砌结构。

管片衬砌按等价圆环作刚度折减处理。

考虑其横观各项同性，横向和纵向刚度折减系数分别取0.8和0.01。

土体及结构材料物理力学参数如表1所示。

表 1 土体及结构材料物理力学参数图 1 有限元模型1.2 推进过程模拟计算采用“单元生死”进行盾构推进过程的模拟，即通过单元的“杀死”和“激活”来模拟核心土的开挖和管片支护的形成及注浆的固结；通过施加径向和轴向节点反力来模拟荷载释放及掌子面上的顶推力。

盾构隧道施工地表变形分析与三维有限元模拟

Analysis of earth deformation caused by shield tunnel construction and 3D-FEM simulation
YU Ning, ZHU He-hua,
(Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)
盾构法隧道施工技术经过一百年的发展，虽然有了很大的发展，但是不可避免地引起地层的扰动，引起地层变形及地面沉降，特别是在软土盾构隧道中尤甚。扰动导致的土体强度和压缩模量的降低将引起长时间内的固结和次固结沉降。当地层变形超过一定范围时，会严重危及临近建筑物和地下管网的安全，引起一系列的环境岩土问题。由此可见，盾构施工对周围地层的扰动机理的研究具有重大的意义。
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岩
土
力
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2004 年
穿越隧道的力学影响，并与实测进行了对比分析。文中，把开挖与施工过程的模拟当作非线性问题处理，即采用了土体非线性模型。在 Ghabboussi 之前的研究中，已经提出了模拟开挖和掘进施工的数值方法，由于计算机硬件水平的落后，使得当时的三维有限元分析的计算费用很大，土体的非线性问题只是几何意义上的非线性，施工过程的模拟只是激活部分单元来展开的。李桂花 (1986年) 用弹性有限元法模拟施工间隙参数，并总结出经验公式。该公式可以用于估算不同埋深、不同直径、不同间隙参数下，距隧道轴线不同水平距离的地面沉陷。同时，利用不同间隙参数又可以模拟不同的沉陷因素的影响，从而可以对地表沉陷进行预估。这是我国学者在盾构隧道施工变形数值分析的较早成果。 Lee ＆ Rowe (1990 年)[7

武汉地铁双线隧道区间盾构法施工的三维数值仿真分析

中图分类号：４ｌＵ５
文献标识码：Ａ
文章编号：０４—２５２１）４—０７１０９４（０１００４—０４
同步注浆体逐渐硬化，砌管片与土层间的空隙因注衬
１概述
浆体的硬化充填而逐渐闭合，使衬砌与土层发生相互作用。（）４固结沉降阶段。注浆材料随时间的凝固以及土体的固结将使衬砌与地层间进一步相互作用。
地表
国内外实践表明，铁区间隧道施工会不同程度地地扰动周围地层而引起地表沉降，即使采用目前先进的密闭盾构技术，完全消除地面沉降也是不太可能要
的… 。地面沉降量达到某种程度就会危及周围的地
地表沉降值分别为总沉降值盾构隧道施工引起的地层变形时，其施工过程通常可简化为４个阶段：１挖掘土体阶段。在（）该施工阶段，构机刚性壳体径向支撑开挖临空面，盾盾
下管线和地表建筑物。为此，国一些地铁建设城市我如武汉确定了城市地面变形为 “ ｌ十０—一０ｍ３ｍ” 隆沉基准范围，以确保地面建筑物的安全。拟建武汉市轨
道交通４号线二期工程沿线将穿越长江以及地表建筑
要：武汉市轨道交通４号线二期复兴路站一首义路站区以

平行顶管施工引起的地面变形实测分析_魏纲

第25卷增1岩石力学与工程学报 V ol.25 Supp.12006年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2006收稿日期：2005–09–08；修回日期：2005–11–06作者简介：魏纲(1977–)，男，博士，2000年毕业于宁波大学建筑工程专业，主要从事顶管、盾构施工技术及其对周边环境影响方面的研究工作。

E-mail ：weig@平行顶管施工引起的地面变形实测分析魏纲1，魏新江1，2，屠毓敏2(1. 浙江大学城市学院土木工程系，浙江杭州 310015；2. 浙江大学建筑工程学院，浙江杭州 310027)摘要：对海相沉积的欠固结土中水平平行顶管施工引起的地面变形规律进行分析，提出地面横向和纵向扰动区范围及工后沉降的计算方法。

研究结果表明，水平平行顶管施工时中间区域受到双重扰动，产生的地面沉降较大。

由于先建顶管施工对周围土体产生的扰动会使后建顶管施工时产生的扰动加剧，在同样条件下，后建顶管引起的最大地面沉降值与沉降槽宽度都要大于先建顶管。

平行顶管施工产生的地面沉降主要由土体损失、受扰动土体再固结和次固结引起，土体受扰动后产生的超孔隙水压力是导致工后沉降的原因，在欠固结土中工后沉降与时间基本成对数关系。

关键词：土力学；平行顶管；沉降；欠固结土；土体损失；再固结中图分类号：TU 43 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增1–3299–06ANALYSIS OF SITE MONITORING OF GROUND DEFORMATION INDUCED BY PARALLEL PIPE JACKING CONSTRUCTIONWEI Gang 1，WEI Xinjiang 1，2，TU Yumin 2(1. Department of Civil Engineering ，Zhejiang University City College ，Hangzhou ，Zhejiang 310015，China ； 2. College of Civil Engineering and Architecture ，Zhejiang University ，Hangzhou ，Zhejiang 310027，China )Abstract ：The disturbance scopes in lateral and vertical directions ，and calculational formulas for ground settlement are gained by analyzing the rules for ground deformation induced by level parallel pipe jacking construction in one underconsolidation soil. It shows that the ground settlement produced by middle zone is greater because of double disturbance during parallel pipe jacking construction. Also ，the surrounding soil disturbance due to former pipe jacking construction will strengthen the disturbance during latter pipe jacking construction. Thus ，the maximal ground settlement and width of settlement tank during latter pipe jacking construction are greater than those of the former. Ground settlement due to parallel pipe jacking construction is produced not only by the ground loss but also by the reconsolidation and secondary consolidation of the disturbed soil. Excess pore water pressure from soil disturbance is the reason for post-construction settlement. Finally ，post-construction settlement in underconsolidation soil is basically proportional to the logarithm of time.Key words ：soil mechanics ；parallel pipe jacking ；settlement ；underconsolidation soil ；ground loss ；reconsolidation1 引言顶管施工将作业面移至地下，可减少对地面建(构)筑物及周围环境的影响，但仍不可避免地会对周围土体产生扰动，引起地面变形。

盾构隧道各施工阶段沉降三维数值模拟分析

W沖 :
位移的规律，并使用有限差分软件FLAC 3D对隧道开挖进行
三维数值模拟。三维数值模拟中使用了精细化建模的方法，考
虑了隧道埋深、土体分层、地下水位、目标掌子面施加梯形支撑
力、盾构机锥形形状、盾尾梯形注浆压力、注浆体的凝固和衬砌
的及时施加等因素对地表位移和隧道拱顶位移的影响。三维精
细化模拟结果和实测值对比，验证了三维精细化模拟的适用
盾构隧道各施工阶段沉降三维数值模拟分析
陈炳渠 (合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工业大学汽车与交通工程学院，安徽合肥230009)
摘要：盾构法施工中土体位移特征随施工阶段而变化，准确
预测各施工阶段所引起的土体竖向位移对地铁周边管线及建
墨
筑安全至关重要。文章基于法国里昂地铁隧道D号线延线工
程，对盾构施工过程进行了阶段划分，分析了各阶段土体竖向
性。
关键词：隧道开挖;数值模拟；施工阶段；精细化模拟中图分类号：U455.43 文献标志码:A 文章编号：(007-7359(20.9).0-0.20-05 D0I：10.16330/ki.1007-7359.2019.10.045
0前言
隧道开挖实际上是一个复杂的动态过程 ,盾构机盾头处掌子面上支持力的大小、盾构机的形状、盾构机盾尾空隙的大小、注浆压力的大小以及衬砌施加的及时与否等等因素都会对隧道实际开挖的整个过程有影响。在这个过程中土体经历了复杂的位移变化过程,二维数值模拟等其它方法更多的是用来模拟某断面处地表沉降，并不能很好的说明沿隧道开挖方向上土体的位移规律，也并不能很好的体现各施工因素对隧道开挖各个过程的影响，因此有必要建立三维模型对隧道开挖的整个过程进行研究。
255 mm,相对于上一阶段的监测数据值，新增沉降值

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dr
1 1 2 2 ( y L / 2 b ) ( h z ) ( y L / 2 b ) 2 (h z ) 2 4 Rg l g l 2 4 z (h z ) Bl [( y L / 2 b) 2 (h z )2 ]2 4 R 2
第 35 卷第 9 期 2014 年 9 月
文章编号：1000－7598 (2014) 09－2562－07
岩土力学 Rock and Soil Mechanics
Vol.35 No.9 Sep. 2014
双线平行盾构隧道施工引起的三维土体变形研究
魏纲，庞思远
（浙江大学城市学院土木工程系，杭州 310015）
近年来，我国很多大城市都开始兴建地铁，大多数采用双线水平平行盾构施工。盾构法隧道施工必然会打破原有地层的应力平衡，可能引起周围土体产生较大变形，严重时可能引起塌方，而这种影响在双线水平平行盾构隧道施工中尤为明显，其最
收稿日期：2014-03-03 第一作者简介：魏纲，男， 1977 年生，博士，教授，硕士生导师，主要从事地下隧道施工对周边环境影响及风险控制方面的研究工作。 E-mail: weig@
2 y L / 2 b）（ ln l z 2 (ln l ln l ) exp （1） 2 (h R) (h dl )2
式中：R 为隧道半径； Br 为先行隧道的计算参数； Bl 为后行隧道的计算参数，计算参数取值具体可以参考文献[13－14]； b 为后行隧道开挖引起的最大沉降值偏离后行隧道轴线的距离值，以远离中轴线为正； r、 r 分别为先行隧道计算参数； l、 l 为后行隧道计算参数。双线平行盾构施工引起土体总的水平位移为 U y ( y, z ) U r ( y, z ) U l ( y, z ) R 2 ( y L / 2) h 2 h dr 1 2 ( y L / 2) (h z )2
Abstract: Based on the two-dimension calculation approaches of soil deformation caused by ground loss in double-line parallel shield tunnel (DLPST) construction, the three-dimensional calculation approaches of soil deformation caused by DLPST are established. Altering equations of ground loss rate are established by choosing different longitudinal locations as variables. With consideration of the impact of the first shield construction on the second one’s, the total soil deformation induced by DLPST is obtained by calculating soil settlement caused by both the first and the second shield tunnel construction. The proposed method is able to calculate the deep soil settlement and horizontal soil displacement, which can reflex the three-dimension soil deformation relatively precisely. The result indicates that the calculated value by the proposed method almost coincides with measured value. As the distance to excavation face x increases, the soil settlement volume tends to increase, and remains stable when x=-40 m approximately in the end. The maximum of total settlement volume increases as the excavation distance between the first and the second shield shortens. With the depth of z increasing, the soil settlement increases slightly, but the settlement slot width slightly reduces. The maximum settlement tends to decrease along with two article tunnel axis level distance L increasing, and the settlement curve shape will slowly change from V-shape into W-shape which is not conform to the normal distribution. Key words: double-line parallel shield tunnel; soil deformation; ground loss; three-dimensional calculation approaches
1 4 z (h z ) 2 2 2 2 2 ( y L / 2) (h z ) [( y L / 2) (h z ) ]
( y L / 2)2 ln r 4 Rg r g r 2 B exp r 4R2 (h R)2
z 2 (ln r ln r ) R 2 ( y L / 2 b) h 2 h dl (h d r )2
1引言Fra bibliotek大沉降量和沉降槽宽度明显比单线盾构大。目前，国内外对于双线平行盾构施工引起土体变形的研究越来越多，按研究方法可以分为：①基于 Peck 公式的经验方法[1－4]；②随机介质理论[5]； ③边界单元法[6]；④有限单元法 [7－ 8]；⑤模型试验法 [9]；⑥解析解 [10] 。按研究内容可以分为一维地面沉降 [1 －3, 5, 7－9]和二维土体变形[4, 6, 10]，其中采用解
第9期
魏
纲等：双线平行盾构隧道施工引起的三维土体变形研究
2563
析解对土体变形的研究较少，且对于土体三维深层沉降及水平位移的研究仍没有进展。由于实际施工过程中产生的是三维土体变形，且影响变形的因素较多，如两条隧道前后开挖距离、隧道轴线埋深、两条隧道的水平间距等，因此，需进行深入的研究。本文基于文献[10]提出的双线水平平行盾构施工引起的土体变形二维解析解，推导出土体变形三维解析解。通过算例分析，将计算值与实测值进行比较，研究了不同影响因素对土体变形的影响。
地面 y L L/2 gl dl L/2 gr h
( y L/2) 2 ln r z 2 (ln r ln r ) R 2 exp (h R)2 (h d r ) 2 2
hz hz 2 2 2 ( （ (h z )2 y L / 2 b ) ( h z ) y L / 2 b） 2 （ 2z [ y L / 2 b） (h z )2 ] 4 Rg l g l 2 Bl 2 （ (h z )2 ]2 4 R 2 [ y L / 2 b）
Study of three-dimensional soil deformation caused by double-line parallel shield tunnel construction
WEI Gang, PANG Si-yuan
(Department of Civil Engineering, Zhejiang University City College, Hangzhou 310015, China)
摘
要：基于双线水平平行盾构施工中土体损失引起的土体变形二维解析解，建立土体变形三维解析解。取不同的纵向位置
作为变量，建立土体损失率沿纵向的变化方程；考虑先行隧道施工对后行隧道的影响，分别计算两条盾构隧道施工引起的土体变形，叠加得到双线平行盾构施工引起的土体总变形。其方法能够计算土体深层沉降和水平位移，较精确地反映土体三维变形。算例分析结果表明：预测值与实测值较为吻合；土体沉降随着离开挖面距离的增加而不断增大，最终在 x = -40 m 左右时趋于稳定；随着先行隧道与后行隧道开挖距离的接近，最大土体总沉降量逐渐增大；土体沉降会随着深度 z 的增大而略微增加，但沉降槽宽度将略微减小；随着两条隧道轴线水平距离 L 的增大，最大土体沉降逐渐减小，沉降曲线形状慢慢由 V 型转变成 W 型，不再符合正态分布规律。关键词：双线平行盾构隧道；土体变形；土体损失；三维解析解文献标识码：A 中图分类号：TU 432
2 2z （ [ y L/2） (h z ) 2 ] 4 Rg r g r 2 Br 2 (h z ) 2 ]2 （ [ y L/2） 4R2
2
现有研究及本文方法
文献 [11] 建立了盾构法隧道统一土体移动模
2.1 现有计算方法及不足之处型，提出盾构隧道施工中由于土体损失，土体会朝某焦点移动，该焦点位置与土质条件有关。文献[12]基于该模型，推导了单线盾构隧道施工引起的二维土体竖向位移与水平位移解析解。推导时假定：①计算在开挖面通过一定距离后由土体损失引起的最大土体位移值，即取最大土体损失率； ②不考虑正面附加推力和摩擦力的影响；③ 施工阶段土体不排水，土体泊松比 = 0.5，则地面沉降槽体积等于土体损失体积；④土质为均匀黏性土，属线弹性材料；⑤不考虑盾构施工工艺（如各类平衡方式和掘进参数等）的影响。文献[10]在文献[12]的基础上，进一步推导了双线水平平行盾构施工引起的土体变形二维解析解。假定右侧隧道先开挖，计算简图见图 1。图中 y 为离中轴线的横向水平距离；z 为离地面的垂直向距离，由地面向下为正；h 为隧道轴线埋深；L 为两隧道圆心间的水平距离； g r 、 g l 分别为先行、后行隧道产生的最大等效土体损失参数； d r 、 d l 分别为先行、后行隧道土体移动焦点到隧道中心点的距离。分别计算先行隧道和后行隧道施工引起的土体变形，计算时考虑先行隧道施工对后行隧道的影响（包括后行隧道计算参数改变和最大值位置偏移），然