近距离加载对盾构隧道的影响

盾构隧道的近接施工对已建隧道产生的影响作者：赵海军来源：《中国房地产业》 2016年第5期文/ 赵海军中铁五局集团有限公司广州工程分公司广东广州 510800【摘要】随着我国经济发展水平的不断提高，地铁建设已经成为城市交通的重要组成，盾构隧道进接施工是地铁建设中的一项重要技术，土体局部加固下将出现新建隧道掘土体位移或者衬砌内力变形，本文使用有限元软件刚度牵引法进行分析，对比观测数据，发现注浆加固会使位移与内力降低，更会造成突变，对现场施工范围监控尤为必要。

【关键词】盾构隧道；近接施工；内力位移小净距盾构施工方法有三种，一种是数值分析，是有限元软件模拟盾构开挖，对已建平行隧道附加应力与位移进行分析，了解收敛变形规律；一种是经验与理论结合法，对施工监测分析位移变形；最后一种是使用试验法对粘土小净距平行隧道施工位移规律进行模拟试验。

本文结合具体案例探究某地铁双线隧道施工工程，使用有限元软件模拟盾构掘进分析对已建隧道及周围土体的影响。

一、工程概况某市地铁区间右线为缓和曲线，距离直线缓点705m，隧道测量坡度为0.1650%，隧道深埋15.8m；左线为直线，坡度0.1650%，隧道深埋15.8m。

区间隧道外径5.5m，内径4.3m，管片拼接衬砌为单洞形隧道，使用错缝拼接，衬砌宽1.5m、厚0.23m。

从盾构到底层分别为粉质黏性土、粘土、粉土与细砂层，部分地段为淤泥质土[1]。

两条隧道净距从原来的4m 减少为2m，加固使用注浆与轮式支撑相结合的方法，在小净距段左线与右线使用隧道管片设计，增加注浆孔，确保实现加固效果。

二、有限元分析（一）理论研究选取修正剑桥模型对土体进行模拟，使用帽盖屈服面与流动准则，存在主应力空间屈服面与临界状态。

模型屈服面方程为：上述公式中，平均应力为p ；偏向应力参数为t；临界状态线斜率为M；控制屈服面形状参数为β；初始化屈服面参数表示为α。

（二）有限元模型构建1. 有限元建立为使边界效应消除，模型断面选取宽度、高度为60m、52.4m。

正上方堆载和卸载对隧道的影响分析摘要以佛山三号线区间为依托，运用有限元Midas GTS，分析地面加卸载过程中地铁隧道的变形特性。

关键词加卸载地铁隧道软土具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。

当位于软土地层的地铁隧道地面有加载或卸载时易产生变形。

为了保障地铁隧道的正常运营功能，对其变形有着严格的要求，隧道的变形特性是我们研究的关键问题。

本文以佛山三号线区间为依托，运用有限元Midas GTS，分析地面加卸载过程中盾构隧道的变形特性。

1工程概况佛山地铁三号线潭洲会展站~岳步站区间为佛山地铁三号线由南往北的第15个区间。

本区间从潭洲会展站出发，向西延伸，下穿一条河涌，然后沿规划道路敷设，下穿水口村部分村民住宅后，再经过一条河涌，最后到达岳步站，地面高程为2.18~3.38m。

线路轨面埋深11.66～30.72m，隧道覆土8.2～27.9m。

区间地层由上往下依次为<1-1>素填土、<2－1B>淤泥质土、<2－2-1>海陆交互相粉细砂层、<2－1B>淤泥质土、<2-2>淤泥质粉细砂、<3－2>冲积-洪积中砂、粗砂、<7-2>（强风化）泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、<8-2>（中风化）泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩。

隧道穿越土层主要为<2－1B>淤泥质土、 < 2－2 >淤泥质粉细砂。

本区间处于软弱地层，采用三轴搅拌桩地面加固或者洞内注浆方法进行隧道加固；三轴搅拌桩地面加固的加固体上至隧道顶部以上3m，加固底面穿透<2-1a>、<2-1b>淤泥层进入下部土层1m。

衬砌环参数：外径 6200mm；内径 5440mm；管片宽度 1500mm；管片厚度380mm的平板式单层预制钢筋混凝土管片衬砌。

邻近隧道施工对既有隧道的影响摘要：随着城市的不断发展，越来越多的新建隧道与既有隧道相邻修建，在这种情况下，既有隧道的受力和变形状态就成为了研究的重点。

既有隧道结构一般由围岩、衬砌和结构组成，在施工过程中，由于对土体施加扰动，使围岩发生变形，在此基础上围岩中的应力分布也随之发生变化，最终导致衬砌结构产生变形。

此外，在进行隧道施工时，由于对既有隧道周围土体施加了一定的扰动，导致地层中产生应力重分布。

因此研究邻近隧道施工对既有隧道的影响可以为类似工程提供参考。

关键词：邻近隧道施工；既有隧道；影响引言：随着城市规模的不断扩大，地铁建设在城市建设中占据越来越重要的地位。

在城市发展过程中，不可避免地会出现地铁沿线，尤其是临近既有地铁隧道建设。

在地铁建设中，地铁隧道与既有隧道的距离是一个非常重要的参数，如果两者距离过近，隧道施工过程中将不可避免地对既有隧道产生影响。

因此，在地铁建设过程中，研究邻近隧道施工对既有隧道的影响具有重要意义。

一、邻近隧道施工对既有隧道的影响1.对围岩压力的影响在隧道开挖过程中，随着隧道的开挖，围岩逐渐发生位移，其应力状态也逐渐改变。

隧道开挖时，围岩垂直方向的应力值要比水平方向小；随着隧道开挖深度的增加，垂直方向上的应力值不断增大；隧道开挖的范围越大，其水平方向上的应力值越大。

因此在隧道开挖过程中应采取相应措施对围岩压力进行控制，防止因围岩压力过大而导致既有隧道结构开裂或破坏。

2.对支护结构的影响隧道开挖会引起周围土体的应力重分布，使地表沉降向隧道开挖方向移动，并造成隧道周围土体的破坏。

支护结构主要起到支护作用，如拱顶的托板、支撑梁和拱脚的锚杆、喷射混凝土层等。

在隧道开挖过程中，支护结构也会发生变形，从而影响围岩应力分布及周边土体的稳定性。

当隧道下穿既有线时，支护桩和喷射混凝土层都会受到较大的应力重分布，支护结构的变形随开挖深度增加而增大。

随着隧道下穿距离的增大，支护结构变形量逐渐减小。

基坑开挖对邻近5.9m内径盾构隧道的变形影响随着地铁工程在城市的快速发展,地铁自身的经济效益带动了附近建(构)筑物的修建,建筑物的修建必将产生很多基坑工程,而基坑的开挖势必会对邻近的地铁隧道的变形产生一定的影响,而地铁隧道对于变形的要求极为严格,会对地铁隧道的安全运营产生影响。

目前关于基坑开挖对邻近5.9m内径盾构隧道的变形影响研究相对较少,本文运用有限元软件MIDAS/GTS,从影响盾构隧道变形的影响因素入手,通过建立三维数值模型,研究基坑开挖对邻近5.9m内径盾构隧道的变形影响规律,本文做的工作主要包括以下部分:(1)对本文的研究背景进行介绍,对目前国内外关于基坑开挖对地铁隧道变形影响的研究现状进行总结,在此基础上提出本文主要研究内容以及需要解决的问题。

(2)对引起盾构隧道变形的因素进行介绍,总结盾构隧道的横向变形和纵向变形规律,并对盾构隧道等效刚度的计算方法进行分析。

(3)采用有限元软件MIDAS/GTS,对邻近5.9m内径盾构隧道的基坑开挖全过程进行模拟,分析邻近基坑开挖对5.9m内径盾构隧道横向变形与纵向变形特点,并将其结果与5.5m内径盾构隧道的数值模拟结果进行对比分析。

(4)分别从基坑开挖深度、基坑水平距离、基坑平面尺寸、盾构隧道埋深、隧道等效刚度和工程地质条件等方面进行分析,研究各影响因素对邻近5.9m内径地铁隧道的变形影响规律。

盾构下穿既有隧道的风险及控制摘要：近年来，随着中国经济的高速发展，城市发展越来越大，对交通的要求也越来越高，为解决交通问题，各地地铁建设及城轨建设如火如荼。

随着建设线路的不断增加，不可避免地会出现各线路交叉的情况，同时由于各线路建设时间或管理方不同，常常造成交叉处无法同时施工，存在新建线路下穿或上跨已建线路的问题，对原建线路会造成质量及安全影响，这时对已有线路隧道的保护措施就很重要，本文以某市城市轨道交通区间盾构隧道施工下穿已建某城轨环线隧道为例，对盾构下穿既有隧道进行风险分析及采取的措施进行总结，为今后类似工程提供参考。

关键词：盾构下穿；既有隧道；风险控制一、工程概况某城轨环线与某市城市轨道交通七号线西延线在陈村站换乘，两线交叉于某市城市轨道交通七号线西延线YCK0-927.574~YCK0-909.116处。

承包商投入的盾构机为直径Φ6280的泥水土压双模式盾构机，可根据需要随时进行切换掘进模式，以满足已建隧道及地表沉降控制需要。

1、下穿段平纵断面图1）下穿段平面布置图某市城市轨道交通七号线西延线陈村~陈村北站区间右线盾构始发后，经过21.750m在里程YCK0-929.905处开始下穿，于YCK0-913.901处通过某城轨环线陈村1号隧道结构边线；陈村~陈村北站区间左线盾构始发后，经过25.462m后在里程ZCK0-926.193处开始下穿，于ZCK0-909.116处通过结构边线，平面相交夹角约为77°。

2）下穿段纵断面图陈村~陈村北站区间纵向曲线在YCK0-930.077处变坡，陈村站段为2‰上坡，韦涌方向为25‰下坡。

土建工程区间隧顶距离某城轨环线陈村1号隧道底最近竖直距离为0.578m，相对位置纵断面布置图如图1所示。

同时在某城轨环线上方存在一道过街通道与其正交（与陈村~陈村北站区间平行），盾构下穿时也应加强监测。

图1 陈村~陈村北站区间左右线与广佛环位置关系图3）某城轨环线陈村1号隧道概况陈村1号隧道位于某市陈村镇，设计里程：DK30+333~DK30+748.5，隧道全长415.5m，隧道起始点濒临鱼塘，在DK30+520~DK30+660段下穿赤花村居民区，于DK30+665~DK30+715段下穿白陈公路，其终点与陈村车站相接。

地面堆载对临近既有盾构隧道影响的研究综述魏纲;张佳;洪文强【摘要】随着我国城市建成和运营的地铁盾构隧道越来越多,地铁沿线突发堆土(地面堆载)现象也越来越频繁.地面堆载会导致下方土体产生附加沉降,使临近既有地铁隧道产生相应的附加变形和受力,严重威胁到隧道结构及地铁运营安全.根据现有研究成果,将地面堆载对临近隧道影响的研究方法归纳为:现场实测法、理论分析法、数值模拟法和模型试验法.对发展概况及研究进展进行综述,提出需进一步研究的课题和研究思路.%As the quantity of urban subway shield tunnels which is in construction and operation is becoming bigger in china,the phenomenon that there's piles of soil (ground load) along the subway is more and more frequent.The ground load will lead to additional subsidence of the soils under bit,so that the adjacent subway shield tunnels produce corresponding additional deformation and stress,which is a serious threat to the tunnel structure and subway operation.Based on the existing research,the research methods of the impact of ground load on adjacent tunnels are summarized as follows:field measurement method,theoretical analysis,numerical simulation and model test methods.The paper summarizes the development overview and research progress,and put forward the need for further study of the subject and research ideas.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】4页(P79-82)【关键词】地面堆载;地铁;盾构隧道;沉降【作者】魏纲;张佳;洪文强【作者单位】浙江大学城市学院土木工程系,杭州310015;浙江大学城市学院土木工程系,杭州310015;浙江大学岩土工程研究所,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】TU91截止到2016年底，我国大陆有建成城市轨道交通的城市达到28个，总里程3649km，已批复未建成的总里程6557km。

第39卷，第4期2 0 1 8 _7 月中国铁道科学CHINA RA ILW A Y SCIENCEVol. 39 No. 4July, 2018文章编号：1001-4632 (2018) 04-0078-07近距离垂直交叠盾构隧道的列车振动响应特性及损伤规律晏启祥w，陈文宇以，陈行w，唐启童以，包芮w，黄希3(1.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都610031; 2.西南交通大学土木工程学院，四川成都610031; 3.中国中铁二院成都勘察设计研究院有限责任公司桥險设计处，四川成都610031)摘要：基于拟合的列车振动荷载，采用数值模拟方法研究当列车在上部隧道行驶时近距离垂直交叠盾构 隧道的动力响应特性，以及在不同隧道净距时上部隧道的损伤分布规律。

结果表明：在列车振动荷载作用下,列车距离分析断面越近，分析断面上隧道衬砌的振动加速度和振动最大主应力增量均越大；拱底的振动加速度 最大，拱腰次之，拱顶最小；在交叠中心断面处，上部隧道的最大主应力增量远大于下部隧道；压致损伤和拉 致损伤主要集中在上部隧道底部附近130°的范围内，且在交叠中心处达到最大。

随着两个隧道净距的减小，上 部隧道的压致和拉致损伤均增大；当两个隧道净距为6 m时，仅交叠中心处上部隧道拱顶出现较小的压致和拉 致损伤，当两个隧道净距为4和2 m时，交叠中心处上部隧道的压致和拉致损伤增量较大，远离交叠处上部隧 道仅出现较小的压致和拉致损伤，说明两个隧道近距离垂直交叠时，下部隧道对上部隧道的振动加速度、最大 主应力增量和压致及拉致损伤具有放大效应。

关键词：空间交叠隧道；盾构隧道；列车振动荷载；衬砌动力响应；衬砌损伤中图分类号：U452 文献标识码：A doi：10. 3969/j. issn. 1001-4632. 2018. 04.12随着高速铁路的快速发展，铁路隧道数量急剧增加，不可避免地会出现空间立体式的交叠隧道。

临近隧道盾构施工对桩基影响的影响分析摘要：我国工程建设最近几年随着我国整体经济建设的快速发展而发展迅速。

随着我国城市的高速发展，地铁已成为缓解城市交通的最有效工具之一。

而地铁往往穿越城市密集建筑物群，需要在已有建(构)筑物下或附近进行施工，由此隧道施工将不可避免地对临近桩基产生影响。

关键词：临近隧道盾构施工；桩基影响引言科学技术的快速发展带动我国道路建设发展迅速，很多先进技术运用其中，使其发展更为快速。

为进一步研究临近隧道盾构开挖过程中桩基所受到的影响，参考某市地铁下穿已建成的地铁双线隧道的实际地下工程，建立三维模型，运用有限差分软件FLAC3D进行数值模拟分析。

1工程概况1.1工程周边环境本文以某市地铁5号线下穿1号线盾构施工段为工程背景，基于盾构施工对临近桩基的影响进行模拟分析。

1号线为既有的双线隧道，隧道外径为6m，两线之间的距离设置为11m，5号线为盾构开挖段，外径也为6m，两线距离为3m，1号线和5号线垂直距离为3m，此时研究5号线盾构施时与1号线的平行段。

1.2数值计算模型结合工程地质条件及工程特点，采用有限元方法分析隧道开挖对临近桩基的变形受力影响。

计算模型考虑隧道-土体-桩基三部分的相互作用。

隧道直径设定为6．88m，埋深16m。

建筑物基础为1．2m×1．2m摩擦型桩，桩长16m，桩间距4m。

采用空间8节点实体单元(C3D8)进行模拟，桩底与土体绑定，防止桩与土体断开。

建筑物采用等效荷载替代方法计算，即地应力平衡后，在复合桩基顶部施加大小为300kPa的均布荷载，模拟既有建筑物的存在。

模型空间尺寸为80．0m(x方向)、100．0m(y方向)、50．0m(z方向)，隧道开挖方向为x轴负向。

4个侧面边界条件为法向约束，底部为全约束，上表面为自由面。

岩土体强度准则采用Mohr-Coulomb准则。

1.3数值计算结果分析1桩基水平位移计算结果，不同开挖方式情况下桩基的水平位移曲线变化趋势基本相同。