城区近距离多孔隧道施工关键技术研究

场盯｛等于原始地应力仃：加上开挖引起的调整应力
场吼，，即
（ｂ） （ｃ）
｛盯：）＝｛盯：）＋｛盯。。）
图１
Ｆｉｇ．１
（１）
同一平面内双隧道近接位置构形
ａ
Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｌｙ ｓｐａｃｅｄ ｔｕｎｎｅｌｓ ｉｎ
ｐｌａｎｅ
对平面内平行近接的双孔隧道，后开挖隧道围
岩在隧道开挖之前其围岩已受先开挖隧道的扰动， 其应力场可用盯：表示，则后开挖隧道开挖后应力场 为三次应力场，其表达式为 ｛盯；｝＝｛盯：｝＋｛吼：）
工隧道的影响可从隧道支护结构内力（安全系 数）与支护结构变形（形状改变）两方面作为控制
近接多孔隧道与单孔隧道在施工力学原理上的 差别主要体现在近接隧道间的围岩、支护结构的相 互影响上，在近接隧道影响程度的判别中，最为关
键的是确定近接多孔隧道问围岩的稳定状态和支护
结构的安全度。近接多孔隧道围岩的稳定状态和支
来判别近距离多孔隧道对地层的扰动影响程度，并
据此确定多孔隧道间岩（土）柱的加固范围、加固 措施。
在近接隧道施工中，后施工隧道将对邻近已施
工隧道的围岩产生再扰动而形成新的变形、位移，
受扰动围岩变形的影响，已施工隧道将发生沉降、 倾斜、断面变形，从而使既有隧道产生纵向变位、 横向变形和附加内力。先施工隧道支护结构受后施
间的相互影响问题。国内外学者对这类问题给予了 高度重视，进行了大量的研究工作。Ｉ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ
（１９９８）研究了日本京都府４条近接盾构隧道施工时 新建隧道和既有隧道的相互影响和开挖过程中各隧 道问的围岩力学特性”１；Ｔ．Ｉ．Ａｄｄｅｎｂｒｏｏｋｅ（２００１）研 究了近接双孔隧道不同间距平行、垂直等位置近接 施工时对地表沉降的影响，以及后施工隧道对先施 工隧道支护结构的影响，并将数值模拟结果与现场 实测数据进行了对比分析口１；Ｍ．ＡｂｄｅｌＭｅｑｕｉｄ（２００２） 利用三维，二维弹塑性有限元模型研究了双隧道上
（２）
如图１所示，对近接工程的分类是以隧道间的 空间位置在同一平面内的相对位置构形为标准的， 没有考虑到工程实际修建的先后顺序。交叉或交叠 隧道是隧道近接工程中的一种特殊情况，交叉或交 叠的双孔隧道在空问上近接交叉构形按其相对位置
由于吼，的存在，将改变原来地层的初始应力状
Ｑ竺！！堂竺！塑！璺篁竺塑！！！！！兰！！里皇坚
Ｖ０１．４９，Ｎｏ．６，Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．３４７ Ｄｅｃ．２０１２
万方数据
现代隧道技术
城区近距离多孔隧道施工关键技术研究 态，为表示应力扰动程度，可引入应力变量扰动系 数
ＭＯＤＥＲＮ ＴＵＮ ＮＥＬＬＩＮＧ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
接隧道围岩加固对隧道间岩（土）柱体稳定性的影 响，可采用与岩土体强度参数相关的应力破坏准 则。对于工程上常用的服从Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕｌｏｍｂ准则的 岩土体，受施工影响隧道围岩发生剪切破坏和拉伸 破坏的屈服接近度指标分别为”０１
叠交叉（图２．ｂ）；（３）倾斜重叠交叉（图２．ｅ）。广
州地铁区庄站６号线北段与５号线西段近接特性是
上述平面近接与空间立体交叉重叠的组合。
道施工力学原理及数值模拟与现场监测相结合的方
法，对上述问题进行分析与研究，为隧道的施工决 策提供参考。
Ｏ曰∞
图２近接隧道空间位置构形
Ｆｉｇ．２ Ｓｐａｔｉａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｌｙ ｓｐａｃｅｄ ｔｕｎｎｅｌｓ
隧道拱顶仅有２．４７ ｉｎ，Ｂ风道距６号线隧道拱顶仅 有１．８０６ ｍ，过街通道距５号线拱顶仅有２．０６６
ＩＴＩ。
图３重叠隧道平面示意
工的影响和两隧道间的荷载转移机理，以及近接隧
道中间岩柱宽度对隧道施工合理错距的影响川；
Ｂｉｎ—Ｌｉｎ（２００８）采用数值模拟法研究了两条近接隧道 不同相对位置构形和施工过程对地层位移和隧道支
护结构内力的影响”１。近几年，随着国内近接隧道
工程的增多，国内也开展了近接隧道施工力学与施 工控制技术方面的研究工作，其主要研究工作集中
裟ＤＥ婴黔Ｌｕ黼
ＮＩ－ＩＣ究研术技键关工施道隧孔多离距近区城
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影响，先施工隧道支护结构受后施工隧道施工影响 的可能变形、位移、破坏较为复杂，全面描述其相 互影响的指标仍有待进一步研究。对变形总体上 说，可以从衬砌横向变形、纵向变形两方面来考 虑，隧道断面特殊位置的特征点随衬砌变形产生的
５号线
位移可用来判断隧道的横向、纵向位移形态。在实 际工程施工中可采用隧道稳定性位移判别准则““， 根据隧道施工中支护结构特征点实测位移甜与隧道
左线
极限位移甜。之间建立判别准则，即“≤蹦。时，隧道 稳定；“＞／，／。时，隧道不稳定。
５号线 右线
３多孔近接隧道关键施工力学问题
模拟分析
３．１工程概况
区庄站位于环市东路与农林下路交叉的丁字路 口处，是５号线与６号线换乘站。车站多处存在近 距离的交叉重叠隧道，其中５、６号线重叠隧道段 对施工影响较大。此段从上至下共有四层隧道：第 一层过街通道，第二层５号线主体隧道，５号线站 台３号横通道、Ｂ风道，第三层换乘通道，最下一 层６号线北端隧道。其中５号线主体隧道距６号线
Ｉｎ，隧道所处地层为软弱富水地层，地层性质
变化大。５、６号线交叠隧道段上方地表面为环市 东路和农历下路交叉口，地面交通繁忙。其中，
方基坑开挖对隧道变形、支护结构内力的影响【３１；
修改稿返回日期：２０１２—０３—３１
基金项目：广州地铁总公司资助项目（ＴＪ５ＺＴ００８），广东省岩土工程重点学科资助课题． 作者简介：吉小明（１９６５一），男，博士，副教授，主要从事隧道与地下工程方面的教学与研究工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｍｊｉ２００５＠１６３．ｃｏｍ．
翻如伸＝糕
（５）
式中，盯，为岩土体拉伸极限强度，ＹＡｌ反映了
多孔隧道间围岩的应力状态。工程中可据ＹＡＩ指标
的产生影响。在近接隧道实际施工中 对既有隧道采取合理加固措施并对新建隧道采用一
定的支护对策后，是可以减少后施工隧道施工对既 有隧道支护结构及围岩的影响。 ２．３近接隧道安全施工控制的评价指标
苎竺堂竺！塑！璺兰竺塑！！！！！兰！！星堂坚９
Ｖ０１．４９．Ｎｏ．６．ＴｏｔａＩ Ｎｏ．３４７ Ｄｅｃ．２０１２
万方数据
现代隧道技术
裟黼嚣芦ＬＬｌＮＧ
城区近距离多孔隧道施工关键技术研究 也可为三类：（１）平面交叉（图２．ａ）；（２）垂直重
６号线位于下方，左右线间距为１６ ｍ；５号线位于
上方，左右线间距为２８ ｉｎ；５号线与６号线上下间 距为２．５ ｍ。对５、６号线交叠隧道段隧道施工关注 的问题主要有６号左右线的平行近接施工问题，以 及５、６线的上、下立体交叠隧道施工问题。具体 施工关键技术问题有：（１）６号线平行近接隧道施 工中合理错距确定；（２）平行隧道中间岩土柱的稳 定性控制与加固方案；（３）上下交叠隧道同时施工 中的空间安全错距确定；（４）上下交叠隧道间地层 稳定性控制与加固方案。本文针对上述问题采用隧
面考虑，如隧道围岩位移、隧道围岩塑性区分布、 隧道支护结构受力状态等。 现有的近接隧道稳定性分析主要采用数值模 拟、模型试验和工程类比等手段分析隧道塑性区、
应力场、位移场和破坏规律，从而综合评判隧道的
丑＝等
结构内力（轴力，弯矩）。
（６）
式中，ＡＮ为近接隧道施工过程中衬砌内力 （轴力，弯矩）最大变化值，Ａｒ为先施工隧道支护
对先施工隧道支护结构受后施工隧道影响结构
稳定性。工程中如能采用更为简明的评判指标对近 接隧道围岩进行稳定性分析，则具有非常重要的意
义。对于多孑Ｌ近接隧道而言，由于隧道间岩 （土）柱体远小于普通分离式隧道，并在施工过程 中多次受到扰动，使得围岩稳定性和支护结构的受
的安全度，可采用数值模拟计算或现场实测的隧道 支护结构内力值与支护结构极限承载力进行比较， 计算其强度安全系数，即
仅＝等
仅＝—二—Ｆ二
ｒ气、 （３）
式中，Ⅸ是反映原岩应力大小、方向变化的综 合指标。
同样，对多孔近接隧道，后开挖隧道施工初期 支护后，隧道围岩应力场也不是二次应力场状态。
列‰＝１一丽而Ｏ百＂ｌ－－０葡＂３面
（４）
近距离隧道的开挖和支护施工过程的相互影响使各
隧道围岩形成四次、五次甚至更高次的应力场，既 有隧道与新建隧道对地层的多次扰动影响使得围岩
限承载力，Ⅳ为计算或现场实测的支护结构最不利
截面上的控制内力。在现场施工中可通过加强支护
结构的内力监测来实现施工安全控制。
由于受地质条件、近接隧道相对位置等因素的
苎竺堂竺！塑！璺竺竺！塑！！！！！兰！！星堂坚９
Ｖ０１．４９，Ｎｏ．６，Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．３４７
Ｄｅｅ．２０１２
万方数据
现代隧道技术
ＴＥ ＯＬｏＧＹ
在近接隧道施工的影响分区、近接隧道位置构形对 隧道中间岩土柱的影响、近接隧道施工力学行为等
方面”“”。 广州市轨道交通５、６号线区庄换乘站位于广 州市环市东路和农林下路交汇处，５号线车站站台层 位于环市东路下方，６号线车站主体位于农林下路 下方。５号线车站全长１３４．２ ｉｎ，６号线车站全长
２１３．１
１概
述
ｃ．ｗＷ Ｎｇ（２００４）研究了平行近接隧道错距对隧道施
在城市地铁隧道建设中，在一些特定地段由于
受城市建（构）筑物的限制和地下空间的综合开 发、利用的需要，隧道间或与其他结构物间的距离有 可能变得越来越小，施工难度也随之增大。隧道无论 采取何种施工方法和辅助工法，都将面临施工中对 既有建（构）筑物的影响和自身近距离施工时隧道
２近接隧道的施工力学问题分析
２．１近接施工的分类 根据隧道在同一平面内相对位置的不同，可将 近接隧道分成３类：（１）平行近接（图１．ａ）；（２）
垂直近接（图１．ｂ）；（３）倾斜近接（图１．ｃ）饽１。