218 路基工程 SubgradeEngineering 218 年第 4 期 ( 总期 199 期 ) 宾馆及附近住宅小区, 南侧为顺德二手车市场及宁波奥星汽车服务有限公司, 西侧为鄞州银行及万国商城 地铁 2 号线鄞石区间采用单层装配式钢筋混凝土衬砌, 衬砌管片外径 62mm, 内径 55mm,

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1 申文明 等 新建地铁隧道上跨既有地铁隧道的影响分析 7 DOI 7 j 新建地铁隧道上跨既有地铁隧道的影响分析 申文明 赖世华 刘新科 李发勇 王智林 中铁二院华东勘察设计有限责任公司 杭州 宁波市轨道交通集团有限公司 浙江宁波 中铁隧道股份有限公司 郑州 浙江大学工程师学院 杭州 摘 要 随着城市地下空间的开发 轨道交通发展越来越快 不可避免出现地铁隧道近接工程 的相互影响 为此 结合工程实例 研究上跨问题的卸荷机理 分析新建地铁隧道上跨既有运营地 铁隧道的影响 从机理出发 建立三维数值模型 得出其影响结果 最后提出工程控制措施 关键词 地铁隧道 近接工程 数值分析 机理分析 工程措施 中图分类号 U 文献标志码 A 文章编号 7 引言 目前 国内各大城市通过轨道交通来缓解城市 内日益拥堵的交通问题 通过对地下空间的开发提 高城市土地利用率 地铁规划线路较多 不可避免 发生交叉隧道的工程 本文结合工程实例 分 析上跨问题的卸荷机理 建立三维空间分析模型 研究新建隧道与既有隧道间的影响程度 从而提出 相应的工程措施 对类似工程具有参考价值 工程背景 宁波地铁 号线金石区间沿鄞县大道由西向东 敷设 区间隧道到达石?站前 上跨地铁 号线鄞 石区间隧道 见图 图 图 周边环境实景 图 重叠段区间剖面关系 覆土 m 最小净距 m 地铁 号 线 鄞 石 区 间 已 于 年 7月 运 营 号线金石区间由金房站始发向石?站推进 根据 图 重叠段区间平面关系 相交 年 月始发 年 月贯 工程筹划预计于 通 地铁 号线区间与 号线区间的重叠段分别为 收稿日期 7 作者简介 申文明 男 山西长治人 高级工程师 博 士研究生 主要从事城市轨道交通工程的设计和咨询工 作 E m wm m 线路右线 S KD 7 段 线路左线 XDK 7 段 重叠段周边建筑相 对密集 北侧为农业银行及名典咖啡 东侧为天南

2 218 路基工程 SubgradeEngineering 218 年第 4 期 ( 总期 199 期 ) 宾馆及附近住宅小区, 南侧为顺德二手车市场及宁波奥星汽车服务有限公司, 西侧为鄞州银行及万国商城 地铁 2 号线鄞石区间采用单层装配式钢筋混凝土衬砌, 衬砌管片外径 62mm, 内径 55mm, 管片厚度 35mm, 环宽 12mm, 衬砌环错缝拼装 运营的 2 号线在施工过程中已考虑加固措施, 在 SK5+385~+428 及 XK5+38~ 段利用管片增设的注浆孔对重叠段周边土体进行注浆, 注浆浆液为水泥浆, 注浆范围为隧道上断面 1m, 下断面 2m 调整线路平纵断面, 尽可能拉大 5 号线金石区间与 2 号线鄞石区间的净距, 最终施工图调整重叠段区域净距为 1 16m 值类型是隆起 空间位置关系对已建隧道变形模式的影响, 见图 5 2 近距离隧道作用机理 盾构近距离施工问题是盾构 土体 己建隧道三者共同作用的问题, 盾构掘进对已建隧道的扰动是通过土体应力场及位移场的变化来传递的, 已建隧道也是通过改变土体自然应力场对盾构施工产生影响的, 其作用机理, 见图 4 图 4 盾构近距离施工作用机理 盾构与已建隧道在地层中的相对位置对近距离施工扰动的影响称之为空间效应, 包括在建隧道与已建隧道上 下位置关系, 空间夹角影响及两隧道之间距离的影响 [11] 隧道空间位置关系, 见表 1 θ/ ( ) 类型 表 1 隧道空间位置关系 施工加主方向卸载方向 左侧或右侧 下方上方下方上方 水平 垂直垂直垂直垂直 主方向变形形状施工状态稳定状态 盾构切口前后一定范围内呈波浪状, 盾尾过后基本为直线 类正态分布曲线 基本为直线 类正态分布曲线 位移峰值 水平位移 沉降隆起沉降 隆起 由表 1 可知,5 号线上跨 2 号线区间工程属于类型 6, 已建隧道的变形呈类正态分布曲线, 位移峰 图 5 空间位置关系对已建隧道变形模式的影响 3 数值模拟运用大型通用有限软件 Midas/GTSV42 建立全区域的三维数值仿真模型 土体材料采用弹塑性本构关系和 Drucker Prager 屈服准则, 本次计算分析主要针对开挖卸荷引起的土体应力状态的改变, 从而对既有线隧道的影响, 所以土体变形模量的取值较为关键 土体强度指标取值于地勘报告 各类土的变形模量考虑应力路径的影响, 取卸荷模量 E o =λ γ z (1) 式中 :E o 为变形模量 ;λ 为与变形模量对应的应力路径影响系数 ;γ 为土体有效重度 ;z 为计算深度 对地连墙 支撑体系和区间隧道结构, 采用线弹性模型进行模拟 为简化数值计算工作, 使三维实体模型计算变得可行, 考虑了以下基本假定 : (1) 盾构双隧道上跨地下既有地铁线 (2) 层状地层采用不同的地质参数值来描述各层土的物理力学特性 (3) 不考虑水压力影响 (4) 只考虑施工推进过程中空间位移的变化, 不考虑时间效应 既有地铁线和新建隧道衬砌均为 C5 钢筋混凝土 土体详细参数见地勘报告, 衬砌结构考虑刚度折减系数 75 各层土体参数, 见表 2 衬砌参数, 见表 3

3 申文明 等 新建地铁隧道上跨既有地铁隧道的影响分析 表 各层土体参数 管片环施作完成后 外围围岩释放剩余 7 荷载 土体重度 黏聚 内摩擦 压缩模 kp角 量 MP kn m 力 土层 b素填土 黏土 b淤泥质黏土 7 b淤泥质黏土 同时施工掌子面前移 注浆压力在模型中不予专门考 虑 而将注浆层视为围岩与隧道衬砌之间的荷载传递 介质 参与围岩的应力释放 加固体参数 见表 黏土 7 7 粉质黏土 黏土 粉质黏土 7 表 衬砌参数 表 加固体参数 重度 kn m 黏聚力 k P 内摩擦角 变形模量 MP 结果分析 有限元计算结果 见图 7 图 重度 kn m 变形模量 MP 为减小边界约束对计算结果的影响 使模拟结 果更接近实际情况 建模范围取 X方向 垂直于线路 方向 结构外缘两侧各 m Y方向 线路方向 m Z方向 竖直方向 结构覆土根据实际情况 取值 其中新建隧道与既有隧道结构净距为 m 土层采用实体单元 既有地铁结构及盾构隧道 管片采用平面单元 地应力场按自重应力场考虑 图 7 号线单线隧道贯通土体水平变形 建模时土体部分选用四节点三维实体单元 有限元 模型 见图 共划分 7个单元 在整体计算 模型中 采用位移边界条件 土体模型的顶面为自 由边界 底面为竖向约束 四周为法向约束 图 号线双线隧道贯通土体水平变形 图 7 图 揭示了 号线隧道在施工过程中周边 土体竖向位移场的变化情况 可以看出 单线隧道 施工完毕后 在隧道顶端土体形成了沉降槽 沉降 图 三维有限元模型 计算模拟时 为了真实反映地层的扰 动 情 况 槽中心 位 于 隧 道 轴 线 沉 降 槽 宽 D D为 隧 道 外 径 地表最大沉降量为 mm 双线隧道施工完毕 对既有地铁结构先施工 上部盾构隧道后施工进行 后 原先的沉降槽范围扩大 但沉降槽中心仍位于 全程模拟 既有地铁结构先右隧道开挖后左隧道开 单线隧道上方 地表最大沉降量未增加 挖 往 X正方向 然后再进行上部盾构隧道施工 先左隧道开挖后右隧道开挖 往 Y正方向 盾构掘 m 每个隧道推进分 进过程中简化 开挖进尺为 个施工步 将隧道动态开挖过程中土体开挖和 为 管片施作通过钝化和激活单元实现 结合盾构隧道施工全过程 在初期自重应力场 下进行逐步开挖 引入荷载释放系数 以模拟管 片环脱环瞬间外围临空面围岩变形效应 注浆层及 图 号线单线隧道贯通 号线隧道竖向变形

4 路 基 工 程 Sb de 年第 期 总期 期 随时调整盾构施工参数 减少盾构的超挖 和欠挖 以改善盾构前方土体的塌方或挤密现象 降低土体竖向变形 采取同步注浆 减少盾尾通过后隧道外周 围形成的建筑空隙 减少隧道周围土体的水平位移 盾构穿越后 根据地面及 号线隧道变形 情况 打开管片内预埋注浆管 及时对周围土体进 图 号线单线隧道贯通 号线隧道水平变形 行壁后双液注浆加固 降低推进速度 严格控制盾构方向 减少 纠偏 特别是杜绝大量值纠偏 保证盾构机的平稳 穿越 加密设置地表和已运营隧道监测点 并在 盾构前方布置深层沉降观测点 加强施工监测 利 用监测结果指导施工 优化施工参数 7 对重叠段施工应准备相应的应急预案 首 先 重叠段施工时在隧道内储存水泥 在掘进过程 图 号线双隧道贯通 号线隧道竖向变形 中若地面塌陷 必须在隧道内和地面塌陷相对应的 位置进行注浆 以控制地面塌陷进一步恶化 其次 对已运营隧道进行自动化监测 为减少由于 号线区间隧道施工引起的下 部土体上抬 应采取必要的隧道抗上浮措施 如增 加同步注浆的抗剪切能力或隧道内部堆载等方式 来保证穿越段的顺利施工 结语 通过研究近距离隧道作用机理 建立模型分析 图 号线双隧道贯通 号线隧道水平变形 号线隧道施工对已建的 号线隧道产生的影 其相互影响 获得以下认识 号线区间上跨 号线区间 控制隧道净 响 由图 图 可以看出 号线单线隧道施工 距至少 m的距离 通过风险分析及数值计算 完毕后 使下方 号线隧道产生了卸载回弹 最大 号线盾构施工对 号线隧道结构的安全影响较小 回弹量为 mm 最大回弹发生位置在与 号线左线 可以保证 号 线 隧 道 施 工 期 间 号 线 隧 道 的 正 常 隧道交叠处 最大水平位移为 mm 号线右线隧 运营 道施工完毕后 号线隧道的回弹区域向右线方向 根据相关规范规定 结合国内类似上跨既 扩大 此时 最大回弹量为 mm 最大回弹发生位 有隧道的工程经验 本段区间隧道上跨 号线隧道 置仍在与 号线左线隧道交叠处 最大水平位移为 的变形控制限值 号线绝对沉降量及水平位移量 mm m 相 mm 隧道变形曲线的曲率半径 R 对变曲 m 号线绝对沉降量及水平位移 工程控制措施 量 mm 为保证 号线施工期间 号线运营安全 采用 有效的施工控制措施 预先在穿越区及周围地面上布置监测点 设置盾构施工模拟段 并将监测到的数据立即提供 给技术人员 技术人员通过反分析 及时通知盾构 施工人员调整盾构推进速度 刀盘转速 正面土舱 压力 出土量 同步注浆量等施工参数 参考文献 R f 袁晨 超大直径盾构上穿越运营隧道监护分析 J 上海理工大学学 报 YUANC T y f d p p d m d v x d j J J fu v y fs f S dt y 楼葭菲 大直径盾构上穿地铁 号线区间的数值模拟 J 中国市政工

5 申文明, 等 : 新建地铁隧道上跨既有地铁隧道的影响分析 221 程,21( 增刊 1): LOUJF.Numericalsimulationoflarge diametershieldtunneldrivingabove metroline2[j].chinamunicipalengineering,21(s1): [3] 李刚. 盾构穿越建 构筑物施工的新技术 [J]. 城市道桥与防洪,21 (8): LIG.Newconstructiontechnologyofshieldpasingthroughbuildingsand structrues[j].urbanroadsbridges& FloodControl,21 (8): [4] 朱蕾, 黄宏伟. 盾构近距离上穿运营隧道的实测数据分析 [J]. 浙江大学学报 ( 工学版 ),21,44(1): ,24. ZHUL,HUANGHW.Monitoringdataanalysisofdisturbingefectcausedby Shield drivenoveroperatingtunnel[j]. JournalofZhejiangUniversity (EngineeringScience),21,44(1): ,24. [5] 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,213,42(8):6-64. MAZZ.Constructionformetroshieldcrosingadjacenttunnelsincomplex environment[j].constructiontechnology,213,42(8): [6] 李磊, 张孟喜, 吴惠明, 等. 近距离多线叠交盾构施工对既有隧道变形的影响研究 [J]. 岩土工程学报,214,36(6): LIL,ZHANGMX,WUHM,etal.Influenceofshort distancemulti line overlappedshieldtunnelingondeformationofexistingtunnels[j].chinese JournalofGeotechnicalEngineering,214,36(6): [7] 张强. 开挖卸荷下既有地铁隧道的竖向变形及其控制研究 [D]. 北京 : 北京交通大学,212. ZHANGQ.Influenceandcontrolonverticaldeformationofanunderlying tunnelduetoexcavation inducedunloading[d].beijing:beijingjiaotong University,212. [8] 戴仕敏. 土压平衡盾构上穿运营中地铁隧道上浮控制 [J]. 地下空间与工程学报,211,7( 增刊 1): DAISM.Anti floatingcontrolofrunningsubwayforabove crosingepb shield[j].chinesejournalofundergroundspaceandengineering,211, 7(S1): [9] 刘树佳, 张孟喜, 吴惠明, 等. 新建盾构隧道上穿对既有隧道的变形影响分析 [J]. 岩土力学,213,34( 增刊 1): LIUSJ,ZHANG MX,WU HM,etal.Deformationefectonexisting tunnelsoverlappedbynew tunnelinlower region [J]. Rock and Soil Mechanics,213,34(S1): [1] 张治国, 黄茂松, 王卫东. 遮拦叠交效应下地铁盾构掘进引起地层沉降分析 [J]. 岩石力学与工程学报,213,32(9): ZHANGZG,HUANGMS,WANG W D.Analysisofgroundsetlements inducedby subway shield excavation considering sheltering overlapped efects[j].chinesejournalofrockmechanicsandengineering,213,32 (9): [11] 严长征. 盾构隧道近距离共同作用机理及施工技术研究 [D]. 上海 : 同济大学,27. YANCZ.Research on themechanism and construction techniquesof interactionforadjacenttunnelingpreformedbyshield [D].Shanghai: TongjiUniversity,27. AnalysisonImpactofNewSubwayTunnelOvercrosingtheExistingSubwayTunnel SHENWenming 1,LAIShihua 1,LIUXinke 2,LIFayong 3,WANGZhilin 4 (1.CREECEastChinaSurveyandDesignCo.,Ltd.,Hangzhou314,China;2.NingboRailTransitGroup Co,Ltd.,Ningbo3151,Zhejiang,China;3.ChinaRailwayTunnelStockCo,Ltd.,Zhengzhou21, China;4.PolytechnicInstitute,ZhejiangUniversity,Hangzhou3115,China) Abstract:Withthedevelopmentofurbanundergroundspace,thedevelopmentofrailtransitisgetingfaster andfaster.theinteractionefectofsubwaytunnelapproachingprojectisoccuredinevitably.combinedwith engineeringexample,theunloadingmechanism ofovercrosingisstudiedandtheimpactofanewsubway tunnelovercrosingtheexistingsubwaytunnelisanalyzed.startingfrom themechanism,three dimensional numericalmodelisestablishedandtheefectresultsareobtained,finalytheengineeringcontrolmeasuresare putforward. Keywords:subwaytunnel;approachingproject;numericalanalysis;mechanismanalysis;engineeringmeasures

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