超小净距盾构隧道施工对既有隧道变形分析.pdf
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1、 :超小净距盾构隧道施工对既有隧道变形分析收稿日期:科研项目:盾构穿越粉黏和粉细砂交互地层施工关键技术研究(项目号:)作者简介:吕启兵(),男,高级工程师,从事城市轨道交通工程研究;董亚博(),男,工程师,从事城市轨道交通工程研究吕启兵,董亚博,罗明福,金晓军,刘昊轩(中国水利水电第七工程局有限公司,四川 成都 ;东华大学环境科学与工程学院,上海 )摘要:近年随着我国双线地铁建设快速发展过程中,由于周围的地质情况和城市管线、建筑基础的布局等原因,常常会导致双线隧道间距过小。双线盾构开挖过程中两边隧道难免会产生相互影响。因此,研究双线近距盾构隧道开挖对邻近隧道内力和变形的影响,具有非常重要的实际
2、意义。根据雄安新区至北京大兴国际机场快线工程金融岛站第五组团站盾构区间工程实例,使用 进行建模,模拟超小净距盾构开挖过程中双线隧道的位移变形。研究结果表明:在竖直方向,隧道位移分布均匀,隧道下部部分位移较大;横向位移隧道两端较小,中部较大,根据变形情况讨论该工程过程中可能产生的影响安全性的问题及应对措施。关键词:超小净距;双线隧道;数值模拟;隧道变形;盾构施工中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言随着我国城市轨道交通建设蓬勃发展,地铁线网日益密集。截至 年,中国大陆地区共有 个城市开通城市轨道交通运营线路 条,运营线路总长度 。其中,地铁运营线路 ,占比 。受到地下空间的限制,超小净距叠交
3、隧道的情况越来越多 。超小净距盾构隧道有利于在复杂的地形情况下施工,但其施工过程极易诱发地层变形,当变形量过大时,将造成隧道开裂、地表塌陷等工程灾害,进而影响人民生命和财产安全。因此,开展超小净距盾构隧道施工变形特性研究是非常有必要的。日本欧美等是隧道建设历史较长的国家,早在 世纪 年代初日本铁道技术学会就对平行隧道净距进行了研究,并发表了 关于平行隧道研究的报告,指出当隧道净距为开挖洞径 倍时,则可将地层作为完全弹性体进行考虑,并对平行公路隧道及国铁单线隧道净距进行了规定。在国内,较早的朱敬民等提出了模拟岩石流变性的弹塑性模型,研究了双线隧道的相关问题 。王景春以某电站引水隧道为例,对深埋地
4、层中小净距隧道合理中心距进行了研究。研究指出对地质条件、断面形状、既有隧道衬砌情况和施工方法等进行综合分析,尽量减小对围岩和隧道结构稳定性的不利影响 。然而,现有的研究主要集中在盾构施工对已有隧道沉降的预报和监测规律的总结上,而缺乏盾构施工对既有隧道的影响的分析和研究。因此研究后建地铁隧道掘进对邻近先建隧道的变形的影响,具有非常重要的实际意义。本文以超小净距隧道开挖工程为依托,运用数值模拟建立有限元模型,分析超小净距隧道施工对既有盾构隧道的影响,为今后类似的工程施工提供参考 。工程概况本文依托雄安新区至北京大兴国际机场快线工程金融岛站第五组团站盾构区间,该区间线路长 ,位于雄安新区核心区,盾构
5、段从小里程端明挖区间东侧盾构井起,向东北转向下穿规划地块、绿地及规划河道后,在大里程端明挖区间西侧盾构井结束。工程总平面线路图如图 所示,向东沿规划道路下方敷设下穿干线综合管廊及市政道路后进入第五组团站。?该区间在建启动区的城市主干道项目某一段下穿,盾构区间隧道地质纵剖面图如图 所示。区间隧道洞身穿越地层以粉质黏土、黏质粉土、粉细砂为主,局部穿越地层为素填土。本区间段盾构隧道影响范围内的主要土层为粉质黏土层,水的质量分数介于 ,呈可塑状态,经搅拌后具有一定的流动性和渗透性;粉土中水的质量分数介于 ,呈密实状态,经搅拌后具有流动性和渗透性;粉细砂中水的质量分数介于 ,呈密实状态,经搅拌后具有较好
6、的流动性和渗透性。第 卷 第 期年 月 山西建筑?区间隧道开挖从金融岛站工作井开始掘进,到第五组团站工作井。衬砌采用预制钢筋混凝土管片,管片之间采用弯螺栓连接,其参数为:内径 ,外径 ,厚度 ,环宽 。本工程盾构始发最小净距 ,为国内已知最小净距始发,始发困难且存在较大安全风险,同时整个盾构区间隧道净距为 ,属于长距离小净距掘进。管底标高为 ,深度为 ,与盾构净距为 。在项目施工过程中,解决后行隧道开挖过程中盾构掘进对既有隧道产生的冲击的问题尤为重要。数值建模过程 有限元模型采用 软件进行超小净距隧道开挖有限元分析,选取模型尺寸为 (长 宽 高)(见图 ),盾构距离地面深度 ,左右两线盾构净距
7、 ,盾构直径 ,管片外径 ,内径 ,每环管片宽 。左线先始发,掘进 环后,右线始发。整个模型尺寸网格采用六面体网格,待施工挖掘盾构隧道部分进行了网格加密,由外到里遵循“由疏到密”的规则从而提高数值模拟的计算精度。模型由土体、衬砌、注浆层和盾构四个部分组成,模型的前后左右以及底部五个面分别设定了 ,方向的约束,并分别给左右盾构线于前后面设定 方向的约束,在盾构掘进中起到固定的作用。材料参数根据勘察报告,地层由上而下可分为 层,分别是粉质黏土,黏质粉土,粉质黏土,粉细砂,粉质黏土。各土层的原状土各种物理性质等参数见表 。盾构开挖对隧道的变形影响由于篇幅限制,本文选择第 个分析步,即左边隧道开挖完成
8、,右边隧道施工开始阶段。利用 软件进行建模模拟,得到盾构开挖过程中,隧道位移的变形云图(见图 )。竖直位移图 为隧道在施工过程中产生的竖向位移云图。由图 可见,隧道上方的土体发生了一定程度的竖向沉降 。竖向位移沿隧道均匀分布,隧道产生的位移最大?点位于开挖隧道的正上方,最大竖向位移为 。由图,图可见,隧道位移分布均匀,隧道下部部分区域位移较大,整体呈现对称趋势。表 各土层物理力学性质层号深度重度()孔隙比压缩系数初始孔隙比泊松比?随着右侧隧道开挖,右侧开挖段隧道对既有隧道相应部位产生了较大的竖向位移,开挖后既有隧道竖向位移减弱。同时右侧隧道开挖过程中,对既有隧道产生的影响导致既有隧道尾部产生较
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