浅议地铁盾构隧道重叠下穿施工对上方已建隧道的影响

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摘要：随着时代的发展和社会经济的进步，城市化进程在逐步的加快，城市地铁的发展速度越来越快，那么就需要进一步的开发和利用地下空间；在这种情况下，各种形式的近接施工就不可避免；其中，非常常见的一个问题就是重叠下穿隧道施工。本文简要分析了地铁盾构隧道重叠下穿施工对上方已建隧道的影响，希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：盾构隧道；重叠；等效刚度

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

广州地铁三号线某盾构隧道，区间有着很长的距离，沿途既有大片农田，又有着密集的地面建筑物，其中，盾构隧道右线区间全长为2500米，盾构隧道左线区间全长为2300米。盾构区间隧道埋深为2D，D指的是衬砌管片环外直径，主要位于中风化和微风化岩层内，围岩风化带层位有着十分大的起伏变化。隧道进出口段是淤泥地层，这些淤泥接近于饱和，并且容易液化，容易出现塌方、流砂以及流泥等问题，软土容易触变，自身结构性不好；泥岩和粉砂质泥容易风化和开裂，遇到水会软化。

区间盾构隧道衬砌管片环的制成材料是C50钢筋混凝土，管片环外直径为5000毫米，内直径为4500毫米，管片厚度为350毫米，幅宽为1000毫米。管片结构由1个封顶块、2个邻接块和3各标准块给构筑成衬砌环。

2、研究内容

依据研究地铁区间盾构隧道穿越地层地质情况，采用了满足几何相似比为1比40和容重相似比为1比1的室内相似模型试验，来研究了新建盾构隧道施工所引起的上方已建重叠隧道的纵向变形、纵向附加弯矩和轴力来进行研究，采用室内相似模型试验和三维有限元数值计算相结合的研究手段，来对比验证了新建盾构隧道施工所引起的已建上方隧道横向变形和附加内力的影响。

土体相似材料：依据各个地层土体特性以及地质勘探结果来配置土地相似材料，具体来讲，考虑的因素主要这些，土体容重、凝聚力、内摩擦角、泊松比和弹性模量等等。主要将重晶石粉、机油、粉煤灰和河砂等应用于原材料配置过程中。配制方法是这样的，在常温下进行机械拌和，最后加压成型，依据容重相似比原则就可以得到与原型材料相对应的模型材料力学特征参数值。在试验中，并没有对土体分层的影响进行充分的考虑，本文试验的对象主要是盾构隧道所处地层的1类围岩和2类围岩，从而对较不利围岩情况下盾构顶推对地表沉隆以及临近隧道的影响进行了探讨。

测点布置：为了对新建盾构隧道顶推施工所引起的已建隧道纵向变位和横向整体变形进行测量，一共将9个位移测量断面布设在了已建隧道额纵向，各个变位量的量测采用的都是百分之一的原始精度，量程20毫米的差动式位移计进行。为了对新建盾构隧道顶推施工所引起的已建隧道纵向和横向的附加弯矩和轴力分布变化规律进行测量，将11个内力测量断面布设于沿线已建隧道。通过采用相关标定函数关系式就可以将实测结果转化为测点应变量，然后将研究对象材料特点以及测量断面尺寸等参考材料力学充分的结合起来，就可以换算为结构附加内力。

3、试验结果与分析

纵向变位：依据相关的资料表明，如果新建的隧道低于既有隧道，那么限制范围就是净距2D，在划分接近度的时候，注重分割，没有注重联系。因此，在1类围岩条件和2类围岩条件进行考察的过程中，新建隧道分别以1D和2D净距正交下穿施工所引起的既有隧道拱顶、拱底以及拱腰的铅直和水平变位。

通过对试验结果进行分析，我们可以发现新建隧道重叠下穿顶推施工，将会导致上部已建隧道的拱顶和拱底产生前隆后沉以及拱腰侧鼓的变化趋势。各个特征点的铅直变位量密切关系着掌子面的相对位置，通过实测，各个最大隆起点位置位于掌子面前方12米处，逐渐消散掌子面顶推的影响，就会逐渐减少各点的隆起量。掌子面后方各点呈整体下沉趋势变化，并且会有最大沉降存在于掌子面后方4米处。在变位量值方面，实测的最大变位量都位于已建隧道拱底，拱腰最小，拱顶位于中间。

提高隧道所处的围岩条件，就可以减小新建隧道顶推施工对已建隧道各点的沉隆变位影响；减小隧道净距，就可以显著增加已建隧道各点的变位量。增大盾构机顶推力，就可以增加已建隧道各点变位量。

纵向附加内力：实测不同围岩条件下，新建盾构隧道分别以1D和2D净距下穿施工所引起的上部已建隧道纵向附加弯矩和轴力分布变化规律，哦我们可以发现，新建下穿重叠隧道施工会引起非常复杂的已建隧道附加内力分布，但是，在各个影响因素的作用下，各个内力有着一样的变化规律；也就是在围岩条件的不断提高过程中，会不断减小已建隧道的附加纵向弯矩和轴力；不管是增大顶推力，还是减小隧道净距，都会增加已建隧道附加纵向弯矩和轴力。

4、数值分析

在整体笛卡尔坐标系中，建模分析了空间重叠隧道顶推施工全过程以及施工所引起的已建隧道变位及附加内力分布变化规律，对围岩条件、隧道净距和顶推力等因素对于新建隧道施工所引起的已建隧道横向变形和附加内力分布规律的影响进行探讨。

计算模型：计算采用的是通用有限元分析软件，采用等参20节点三维实体单元模拟了对隧道围岩、管片环、壁后注浆层、开挖核心土等等，细密划分了隧道周边围岩单元，以期来达到相关计算精度并且获得合理的研究结果。依据盾构隧道施工全过程，在初期自重应力场下进行逐步开挖，将荷载释放系数引入进去，对管片环脱环瞬间临空面围岩变形效应进行模拟；完成了注浆层和管片环施作完成后，围岩将剩余的百分之七十五荷载释放掉，同时前移施工掌子面。

通过一系列的计算，我们就可以得到与试验结果一致的结果，新建盾构隧道施工会有竖向抬升作用于掌子面前方已建隧道，后方已建隧道会出现沉降趋势。

5、结语

本文以广州地铁为例，分析了地铁盾构隧道重叠下穿施工对上方已建隧道的影响，希望可以提供一些有价值的参考意见。

参考文献：

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[2]马忠政.复杂环境下软土地区地铁隧道近距离穿越施工技术[J].施工技术，2013,2（8）：87-89.

[3]何川，苏宗贤.地铁盾构隧道重叠下穿施工对上方已建隧道的影响[J].土木工程学报，2008,2（3）：34-36.