盾構(gòu)下穿越施工對(duì)已建隧道沉降的影響.doc

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1、盾構(gòu)下穿越施工對(duì)已建隧道沉降的影響?摘?要:通過三維有限元方法對(duì)盾構(gòu)近距離下穿越已建隧道的數(shù)值仿真模擬，得出盾構(gòu)穿越施工時(shí)已建隧道隨各進(jìn)尺開挖的的沉降規(guī)律及施工影響特點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)測(cè)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，為合理確定施工方案和已建施工技術(shù)保護(hù)措施的選擇提供可靠的依據(jù)。關(guān)鍵詞:盾構(gòu);下穿越;三維有限元;沉降;監(jiān)測(cè)?1引言?????近年來，我國地鐵建設(shè)發(fā)展迅速，地鐵網(wǎng)絡(luò)的逐步形成。當(dāng)使用盾構(gòu)工法新建隧道時(shí)，受地下空間限制及換乘的需要，不可避免地要穿越已建隧道，會(huì)遇到不同線路的隧道空間近距離交叉穿越問題。新建地鐵隧道工程必須保證現(xiàn)有既有地鐵線路的安全，施工面臨極大的技術(shù)

2、難度和安全風(fēng)險(xiǎn)。?????文獻(xiàn)［1］采用通用解析Peck公式解析計(jì)算了盾構(gòu)施工引起的鄰近地下管線平面處的土體豎向位移。文獻(xiàn)［2］運(yùn)用邊界單元法解析計(jì)算了盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中對(duì)已建建筑的影響。有限元數(shù)值模擬盾構(gòu)施工步驟、管片與土層接觸面、開挖過程中地應(yīng)力釋放等具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，文獻(xiàn)［3～6］分別采用二維、三維有限元方法模擬了盾構(gòu)隧道穿越施工中的深層土體的位移場(chǎng)及鄰近隧道的變形規(guī)律，分析了覆土、土體強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛度等因素對(duì)已建隧道變形的影響。文獻(xiàn)［7，8］通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)盾構(gòu)近距離穿越擾動(dòng)影響問題進(jìn)行了定量分析。?????針對(duì)上海地鐵7號(hào)線某區(qū)間近距離下穿越地鐵1號(hào)線盾構(gòu)掘

3、進(jìn)工程，通過數(shù)值模擬，得出盾構(gòu)法施工對(duì)近距離下穿越已建隧道的隆沉規(guī)律，為合理確定施工方案和施工技術(shù)保護(hù)措施的選擇提供可靠的依據(jù)。并在監(jiān)測(cè)反饋中得到印證，探討了近距離下穿越施工技術(shù)控制要領(lǐng)。?2工程概況?????地鐵7號(hào)線某區(qū)間隧道施工中，上、下行線隧道在SDK17+040處穿越運(yùn)營中的地鐵1號(hào)線區(qū)間隧道。地鐵1號(hào)線為正在運(yùn)營的隧道，是上海市修建的第一條地鐵隧道，目前日客流量在100萬人次以上，本工程隧道施工時(shí)必須以百分百的把握確保地鐵列車的運(yùn)行安全。?????(1)新建上、下行線隧道與地鐵1號(hào)線隧道間距離很小，結(jié)構(gòu)凈距僅1．5m。?????(2)該處為兩根隧道先

4、后出洞施工。下行線隧道出洞完成穿越施工后2個(gè)月上行線隧道將再次出洞進(jìn)行穿越施工，上行線盾構(gòu)掘進(jìn)使土體再次擾動(dòng)。?????(3)下行線盾構(gòu)出洞推進(jìn)15m后與隧道呈98°相交、下穿。由于工作面壓力沒有通過前100m試推進(jìn)確定，要保持開挖面穩(wěn)定難度較大。當(dāng)下行線進(jìn)入正常推進(jìn)階段后，而上行線再次進(jìn)行出洞推進(jìn)，隧道下行線距離常熟路站進(jìn)洞口最近僅約18m。?????(4)地鐵1號(hào)線隧道所處的土層主要為④淤泥質(zhì)粘土層，本工程隧道所處的土層主要為⑤1灰色粘土層。該兩層土屬高壓縮性土，地基承載力差，受擾動(dòng)后沉降大、穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。?3數(shù)值模擬?????由于隧道開挖對(duì)鄰近構(gòu)筑物的影響具

5、有很強(qiáng)的三維特征，二維有限元法無法模擬三維空間效應(yīng)。而盾構(gòu)隧道開挖的三維模擬可考慮的因素較多，包括土體的本構(gòu)模型、開挖面支護(hù)壓力、盾構(gòu)千斤頂推力等，因此相對(duì)比二維模擬可以得到較為全面而理想的結(jié)果。本文采用三維有限元分析軟件模擬地鐵M7線盾構(gòu)隧道下穿越運(yùn)營中的地鐵1號(hào)線隧道的施工的力學(xué)性態(tài)以及對(duì)1號(hào)線隆沉變形規(guī)律。3．1計(jì)算模型以及邊界條件的確定?????計(jì)算中假定如下:①假定地表面和各土層均呈勻質(zhì)水平層狀分布;②計(jì)算中考慮襯砌管片分塊之間的橫向連接及各管片環(huán)之間的縱向連接對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)整體剛度的折減作用;③盾構(gòu)每一推進(jìn)步長(zhǎng)為一環(huán)管片寬度1．2m(為縮短計(jì)算時(shí)間，計(jì)算

6、中采用了5～6m/步長(zhǎng));④不考慮盾殼本身與土體的擠壓、剪切作用;⑤不考慮受施工擾動(dòng)影響范圍內(nèi)的土體物理力學(xué)參數(shù)的改變。?????土體材料按照理想彈塑性介質(zhì)來考慮，選取8結(jié)點(diǎn)實(shí)體單元來模擬;由于管片材料的剛度較大，一般認(rèn)為在彈性范圍內(nèi)工作，故選取彈性殼體單元模擬。為了提高計(jì)算效率，模型取在單元的網(wǎng)格劃分上做了適當(dāng)簡(jiǎn)化，遠(yuǎn)離隧道的土體單元較大，兩隧道相互交匯處單元?jiǎng)澐州^密，計(jì)算模型的長(zhǎng)×寬×高=57．5m×57．5m×39．75m(D=6．2m，H=13．0m)。分析時(shí)采用齊次邊界條件，除了上表面為自有面外，其余4個(gè)側(cè)面和底部均施加法向約束同時(shí)。3．2計(jì)算工況設(shè)計(jì)

7、?????為了詳細(xì)模擬盾構(gòu)動(dòng)態(tài)掘進(jìn)過程，整個(gè)M7線開挖模擬共分23個(gè)工況，上下行線開挖各分20個(gè)工況，分別各進(jìn)行10次進(jìn)尺開挖。?????(1)工況1為初始地應(yīng)力場(chǎng)的模擬。?????(2)工況2為1號(hào)線全長(zhǎng)開挖并初始地應(yīng)力場(chǎng)的模擬，得到七號(hào)線未開挖前土體和1號(hào)線的原始應(yīng)力場(chǎng)。?????(3)工況3至13為下行線開挖進(jìn)尺，進(jìn)行襯砌拼裝，盾尾同步注漿及開挖面壓力的模擬。盾構(gòu)切口分別方向z坐標(biāo)分別為－6m、－12m、－17．5m、－22．5m、－27．5m、－32．5m、－37．5m、－42．5m、－48．5m、－57．5m。??????(?4)工況13至23為上行線

8、進(jìn)尺開挖，工況同上。3．