地铁盾构下穿地下结构物变形及应力计算分析

地铁盾构下穿地下结构物变形及应力计算分析
发表时间：2019-04-29T16:11:15.977Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：朱宇
[导读] 摘要：各大城市迅速发展，并且轨道交通也发展的越来越来好，轨道交通正在大规模的进行发展，并且现在两个地铁隧道之间会出现相互穿越的情况，在城市交通核心位置的已经建成的地铁隧道，它的安全运营具有非常重要的意义。

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摘要：各大城市迅速发展，并且轨道交通也发展的越来越来好，轨道交通正在大规模的进行发展，并且现在两个地铁隧道之间会出现相互穿越的情况，在城市交通核心位置的已经建成的地铁隧道，它的安全运营具有非常重要的意义。

它是城市交通的命脉所在，必须保证它的运营，而在建造隧道的施工穿越的时候，也一定会影响到城市已建地铁的安全功能。

因此，需要不断的研究预测盾构穿越地铁隧道的变形，这种研究具有非常关键的地位，它可以广泛应用到各大工程，所以它是具有珍贵的工程应用价值。

关键词：地铁盾构；下穿地下结构物；变形；应力计算；
新建结构施工并不会影响到既有地铁隧道结构变形的正常进行。

可以根据在施工的时候的实际情况，通过使用现场的常规测量仪器，同时结合预测变形值以及结构容许变形值，考虑到它的的安全系数，确定变形控制值。

一、盾构下穿既有隧道相互影响研究现状
因为现在新建隧道和我们既有隧道处于不一样的地理位置，所以把盾构穿越既有隧道工程概括为双线盾构隧道平行施工以及盾构上穿及下穿既有隧道两个方面。

这些年来因为我国正在大规模的建设城市地铁，随着地铁施工脚步的大步前进，我国城市出现了越来越多的频繁交叉的地下隧道网络，并且现在实施的盾构穿越工程也是越来越常见。

现在最经常使用的技术就是盾构下穿既有隧道工程，并且盾构下穿时，导致既有隧道发生了纵向变形的情况越来越突出了，这种问题已经严重影响到了既有隧道本身的结构安全性，并且使得线路不能进行正常运行。

二、地铁盾构下穿地下结构物变形及应力计算
1.盾构下穿施工变形规律研究。

一是盾构施工力学行为分析。

现在盾构法是比较受欢迎的一种地铁隧道技术。

它的原理主要是通过千斤顶来对隧道进行推力作用，然后推动盾构机。

比较经常使用的常见盾构机类型主要包括了泥水加压平衡盾构以及土压平衡盾构两种。

二是盾构下穿施工对地层和地表变形的影响，和比较天然的地基下进行的盾构施工相比较而言，行盾构下穿一开始的状态是在完成了上既有隧道开挖工程之后，周围岩石的土层之中孔隙出现的水压力会逐渐消散，围经长期固结已经被扰动，但是它已经慢慢恢复到比较稳定的状态。

但是如果实施新建盾构隧道下穿施工的时候，肯定会再次导致会周围位移场发生改变，导致出现地表沉降的情况。

因此盾构下穿既有地铁隧道时要考虑如下内容：尽量把地层扰动控制在盾构下穿带来的影响的最低范围，不能再次因为地层出现的变形情况，而导致既有地铁隧道结构出现了比较大的变形情况。

保证地铁隧道结构是比较安全的范围；考虑到既有地铁轨道结构的整体沉降是要控制在规定范围之内的，从而不断降低轨道不均沉降的情况，我们要使得地铁路线是可以进行正常运营。

三是盾构下穿施工时，它的时间效应是出现在盾构下穿工程的各个阶段，并且它对周围地层的扰动具有不同的影响。

并且和既有地铁隧道变形带来的影响也是不同的。

需要分析盾构下穿施工的时间效应问题，这个既有地铁隧道结构出现的竖向位移主要是负值为主，这就说明了地层表明结构已经出现了下沉的情况，并且这次的下沉最大值是-
2.45mm。

这次相应的是发生在区间隧道左线穿越底板部位；竖向最范围是0.37mm，这是发生在右线盾构隧道开挖至既有右线区间隧道前；既有地铁区间隧道变小，根据实际测量数据发现，现在的既有地铁隧道出现了比较小的竖向位置移动，并且施工时，没有超过规定的变形控制值。

通过分析比较我们得到的分析结果以及在现场获得的实际测量结果，发现实际测量的信息和施工前的预测分析一样。

因此可以保证的预测结果比较靠得住。

在风险发生前进行评价估计，并且对结论进行预测分析，这些方法都可以比较客观的反映出我们在进行施工的时候具体的状态。

结论基本可以如实地反映各部位的情况，所以是比较精确可靠的。

2.应力计算。

一是土体沉降分析。

在盾构隧道下穿土层后，隧道上方土层由于隧道掘进过程中的土层损失而出现沉降，而且土层越深，越接近隧道，土层的竖向变形越大。

隧道盾构施工引起的地表沉降，其曲线与理论上的高斯曲线相符合，监测数据和数值计算的地表沉降曲线也很好地吻合，说明了计算模型的适用性，参数的选取也较为合理。

盾构隧道的开挖引起土层的地层损失，管线埋于土中，管土相互作用下，管线也产生一定的变形。

由于管土之间的刚度差异，管土的变形不能协调一致，管线中便会产生内力。

管线刚度越大，管土刚度比越高，管土之间的变形协调越差，管体产生的内力越大。

本计算中，盾构施工由左侧隧道开始，左侧施工完毕之后再施工右侧隧道，隧道分别施工完毕后的土体沉降云看出，左侧隧道盾构施工时，隧道上方的土体出现了较为明显的沉降，土体沉降值随距隧道水平距离的增加而减小，沉降影响范围约为2～3倍隧道直径。

盾构施工引起的土体沉降值在盾构入口处相对较大，最大值约为5.15 mm。

左侧隧道盾构施工完毕后右侧隧道盾构施工时，隧道上方土体的继续沉降，且随距隧道水平距离的增加而减小，沉降影响范围约为2～3倍隧道直径。

右侧隧道盾构施工完毕后引起的土体沉降最大值出现在左侧隧道和右侧隧道中间线上方的盾构掘进入口位置，其最大沉降值为6.27 mm。

可见，受施工开挖的影响沉降较为明显，并且沉降分布不均匀，在隧道上方的沉降量要明显高于周围区域。

二是结构沉降分析。

结构的沉降主要是由于土体不均匀沉降引起的，包括结构下部土体沉降和结构自重产生的土体压缩（含地基基础切入土体量）。

由此可见，结构沉降大于结构下部土体沉降。

但是，由于二者的差值即结构自重产生的土体压缩量是极其有限的，可以忽略不计，因此，可近似地将土体沉降作为结构沉降来考虑。

结构应力分析受隧道盾构施工的影响，结构产生了不均匀沉降，这种不均匀沉降可能导致框架混凝土出现开裂。

因此，需要对施工影响后的结构应力进行分析，根据分析结果对应力较大的位置提出加固处理措施。

隧道分别施工完毕后的商贸城结构应力云受施工开挖的影响沉降较为明显，并且沉降分布不均匀，在隧道上方的沉降量要明显高于周围区域。

结构的沉降主要是由于土体不均匀沉降引起的，包括结构下部土体沉降和结构自重产生的土体压缩（含地基基础切入土体量）。

由此可见，结构沉降大于结构下部土体沉降。

但是，由于二者的差值即结构自重产生的土体压缩量是极其有限的，可以忽略不计，因此，可近似地将土体沉降作为结构沉降来考虑。

受左侧隧道盾构施工的影响，隧道上方建筑结构产生了比较明显的沉降，右侧隧道施在压应力状态下，中防花园商贸城结构的危险位置出现在隧道上方的支撑柱附近；在拉应力状态下，中防花园商贸城结构的危险位置出现在侧墙拐角靠上位置。

三是结构安全性分析。

为了解盾构施工对结构安全性的影响，现以沉降以及应力计算结果为依据，结合钢筋混凝土材料强度标准，确定其结构安全度。

受盾构下穿施工的影响，结构沉降在靠近隧道顶端位置较大，远离隧道位置则相对较小；结构最大沉降出现在盾构掘进入口的位置，最大沉降为
6.27mm。

新建隧道施工中，需要不断地研究，根据以往的一些经验和现在技术发展的情况，对既有隧道工程进行不断的探索，并且不断地改善
现有技术的不足。

城市轨道交通建设施工过程中，避免不了隧道下穿情况。

在隧道施工中，减少隧道施工对周围环境的影响非常重要。

参考文献：
[1]张凯，贺婷.盾构近距离下穿地铁运营隧道施工技术[J].隧道建设，2017，28（4）：483-488.
[2]范垚垚.盾构超近距离穿越运营地铁的微扰动施工研究[D].同济大学，2017.
[3]凌立静.盾构下穿鼓楼大街站安全控制技术研究[D].中国矿业大学，2016.。