器轨道交通与地下工程 Ｔｒａｃｋ Ｔｒａｆｆｉｃ＆Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 盾构下穿引起的既有地铁隧道变形分析 祝 方 （１ｆ１铁二十二局集嘲有 公司．北京 １０００４３） 摘要：北京地铁某 问盾构下穿既柯地铁隧道＿ｌ１ 程，在开Ｔ 期，运用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ ｉ维彳丁限元分析软件，对盾构下穿 施ｌ ｒ Ｊ’能引起的既钉地铁隧道结构变形进行ｒ 维模拟分析，许 估了既有地铁隧道结构的安全性，提出了盾构下穿既 仃地铁隧道结构变肜控制标准：施Ｔ 剐间对既有地铁隧道结构进行了现场监测．结合数值分析结果综合分析丁既有地铁 隧道结构变形情况．并根据实际脓测数据，埘比分析了预测结果Ｌ｜ｊ实际监测结果的筹抖．验汪ｒ模拟预测的可靠性 关键词：再 隧道：下穿既订地铁隧道；数值模拟：现场ｊ 测；变彤分析 中图分类号：Ｕ ４５６．３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：ｌ００９—７７６７（２０ｌ７）０３—００６４—０４ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｕｂｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｃａｕｓｅｄ ｂｙ Ｓｈｉｅｌｄ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｚｌ１ Ｌｌ ＦａＩｌｇ 随着轨道交通在我同各大城市迅速、大规模地发展， ｆｆｌＩ现了地铁隧道之间相互穿越的现象．特别是已建地铁隧 道作为城ｆｆ『交通的命脉．其运营的安令极为重要．而在建 隧道的施１ 穿越，势必列既有地铁的使 功能和安全产生 影响ｌｌ＿ Ｉ、 此，对盾构穿越既有地铁隧道的变形预测进 行研究具ｆ｛‘ｔ‘分重要的理论研究和１ 程应用价值Ｉ４。 Ｉ ｌ 工程背景 １．１工程概况 图ｌ 盾构下穿既彳丁地铁隧道相耐位 芙系半ｉｆＩ『 ４５ ６２ｍ 、、、 新建』匕京地铁某 间隧道盾构下穿既有地铁隧道． 穿越部他 者的竖向净距约为４ Ｉｌｌ。其巾新建隧道ｌｘ： 问以３８０ Ｉｌｌ转弯半径通过．既钉地铁隧道以３５０ ｎｌ转 弯半 通过，Ｉ址ｊ线卡Ｈ交处对应的既仃地铁隧道区间左线 程为Ｋ２４＋８７３、Ｋ２４＋８５２， ‘线 程为Ｋ２４＋９０８、Ｋ２４＋ 孽 譬 ８８６、 穿越部位与既有地铁隧道左线交点夹角分别为 ５２。和５４。， ｊ既有地铁隧道右线交点夹角分别为４５。乖Ｉ１ ４８。 ．盾构Ｆ穿既有地铁隧道牛¨对位置关系 ｌ、 新建隧道为双线 问，隧道覆土厚度约为２３．７ Ｉｌ１． 鲁 ● 卜 ８ 瓮 。 童 盾构区间直径 。。 厚度ｎ， 采川Ｊ盾构法施工：隧道外 ６．４ ｎｌ，管片厚度０．３ ｌｎ．左、 ： 荨 Ｊ 彳 线问 约为ｌ５．４－１１；盾构 问所 地层为⑦卵石层， 陔层印 最大粒径为ｌ００ ＩｌＩｌＩ１，・般粒径为４０４６０ ｉｌｌｌｎ ８ 既仃地铁隧道被穿越段为左、 线布置，覆土 Ｊ 度约为１ ３．５ ＩＩＩ，所在地层为⑥ 粉土 地铁隧道卡ｌ ’位置关系 ２ 盾构下穿既钉 三 ∞ 罔２盾构下穿既 地铁隧道卡ｆ｛埘位 天系削 ６４，；｝荭救术２０１７Ｎｏ．３￣Ｍａｙ）Ｖｏ１．３５ 轨道交通与地下工程器 Ｔｒａｃｋ Ｔｒａｆｆｉｃ＆Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １．２工程地质及水文概况 １．２．１ １ 程地质 表１ 计算模型中材料物理力学参数值 根据柑土１ 程勘察报告可知，拟建场地地貌类型 为第四纪冲洪积平原．第四纪沉积韵律较为明 ；地层 …ｔ人工堆积层、新近沉积层和第四纪沉积的黏性土、粉 土、砂土、碎 土构成，基岩埋深大于５０ ｍ。 １．２．２水义慨况 勘察期问发现，在勘察深度内实测到３层地下水， 其类型分）ｊＩＪ为Ｊ二层滞水（一）、潜水（二）和层间水一承 压水（ ） 、其ｆｆ１：上层滞水（一）稳定水位深度７．０～ ８．１ ＩＩＩ；潜水（■）稳定水位深度ｌ９．５～２０．７ Ｉｌｌ；层问水一 承压水（ ）稳定水位深度３０．６～３１．３ Ｉ Ｔ１ｌ ２盾构下穿时对既有地铁隧道的数值模拟分析 、注：ｈ、Ｅ、 、 ｆ１Ｉ ｙ分别代表材料ｐ ｆ度、弹 ｛：摸毓、 松比、孙壤 内摩擦角和 度 利用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ有限元分析软件，对新建盾构隧 道的施］：步骤及其引起的既有地铁隧道结构变形采 维地Ｊ 结构模型模拟分析．以评估既有地铁隧道 结构的安伞性，许综合各种影响【六ｌ素，提出盾构下穿 期间既有地铁隧道结构变形控制标准。 ２．１计算模型建立 以数ｆｆ【ｉｆ‘算模型上边界为地表。竖向共取５０ Ｉ１１，与 区间隧道、卜行疗向取２００ ｍ、垂直方向取１９０ ｎｌ，…此 建立汁算模 Ｉ救Ｊ格Ｉ冬１（见图３） 新建隧道 既有地铁 隧道的相对位 关系见 ４ 、 ｃ）７１ 况３ ）ｌ’况４ ａ）『 况 ）】。况２ ｅ¨ 况５ ３ 计算模 Ｉ斓格 鞫４新建隧道与既有地铁 隧道的相对位置关系 ２．４计算结果及分析 ２．２计算模型物理力学参数 计算 ｝Ｉ采川 同的本构模型模拟小同的材料，其 ２．４．１既有地铁隧道结构竖向（ 方向）变彤分析 为了简｛ 直观地反映既有地铁隧道结构的竖向 巾对于混凝土材料采用线弹性模型，而各层土体则采 变形情况及规律， ６给ｍ ｒ丁况３、 Ｉ 况６的竖向变 川莫尔一库仑（Ｍ—Ｃ）模型 、计算模型巾材料物理力学参 彤云图。 数取值见表ｌ ２．３计算工序 进行（ 由图６ ｉｌ］以看；｝｛：既有地铁隧道结构的竖向位移 以负值为主，表明结构产生了下沉， 况３（朽线穿越 根据施１ 设计资料，数值计算模拟按照如下＿ｒ：序 完成）竖向下沉最大值为一２．０７ ｉｔｌｎｌ，＿『 况６（左线穿越 ５）：第ｌ步（Ｔ况ｌ～３），分步开挖右线隧 完成）竖向下沉最大俩为一２．４５ Ｉｌｌｌｌ１．发，卜 隧道对应穿 线盾构隧道歼挖至既有地铁隧道有线 问隧道ｌｍ。 道土体，边外挖边施作管片；第２步（１二况４～６），分 越部位的底板： 向上浮最大值为０．３７ １１３１１１，发ｑ：在 步开挖左线隧道土体．边开挖边施作管片。 ２０１７￣ｒ第３期（５一）第３５誊啼荭鼓】ｆ：６５ 昌昌轨道交通与地下工程 Ｔｒａｃｋ Ｔｒａｆｆｉｃ＆Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 一 任＾ｚ４十 咖…．． ．＾． ．． ……一＾１． ６既有地铁隧道结构竖向变形云罔 ２．４．２既有地铁隧道结构横向（ 、ｙ方向）变形分析 ；Ｖ露 既有地铁隧道结构的横向变形云图见图７、８。 冬１ ７既柯地铁隧ｊ１－ ｉ十句．ｈＹ疗向变形云 ｔ）Ｔ ３ ｂ）丁况６ 列８ 既有地铁隧道结构＇ 方向变形云图 ｍ ｌ司７、８町以看出：既有地铁隧道结构的横向变 形相对较小，其巾 方向位移最大值为一０．２９ ｍｍ，ｙ方 向位移最大值为０．２７ ｎ ２．４．３既有地铁隧道结构累计变形曲线分析 仃地铁隧道结构底板埘悔左、右线位置的累汁 变形『Ｈ１线 罔９、ｌ０ ｆ｝１数值模拟汁算结果ｎＪ‘ ，新建隧道盾构下穿既 有地铁隧道结构的符方向变形影响均在安全范 内． 『口】隧道竖向位移最大值为一２．４５ ｍｚｎ，横向位移最大值 为一０．２９ ｎⅢｌｒ新建结构施 ）Ｉ起的既有地铁隧道结构 变彤不影响地铁的正常运营． 结合 程实际特点，依槲现有常规测量仪器的监 测精度， 综合考虑预测变形值和结构容许变形值的 基石Ｈ『Ｉ 考虑一定的安全系数Ｉ“～Ｉ，再综合运营安全要求 确定ｊ 变形控制值（ 表２），并将控制值的８０％作为 报警俩．７０％作为预警值 ６６，；｝荭技术２０１７Ｎｏ．３ ｃＭａｙ）Ｖｏ１．３５ 冬１ ９ 仃地铁隧道结构毛线累汁变形曲线 一 ｋＺ４＋ 舳。 。一 … ……－＾１． ０．． ｇ善嘲 捌龃 舳 ＝； 伽 加 罔ｌ０既仃地铁隧道结构ｆ一线 汁变形ｌ抖１线 表２既有地铁隧道结构控制指标 １１１１１１ 注：呸向变形正值为上浮值．负值为Ｆ沉值 ３既有地铁隧道结构沉降实测结果分析 ３．１现场监测方案 依据专项设计方案及棚父规范蛰求．施ｌ 期 埘 既有地铁隧道结构竖向位移进行 现场监测监测项［１ 为地铁隧道结构竖向位移，采Ｈｊ精密水准仪进行洲 ， 布点间距见罔ｌ１。测点布设存地铁隧道结构底扳ｌ ， 左、右线隧道共计布设２６个测点，右线测点编号ＹＯｌ～ Ｙ１３，左线测点编号ＺＯｌ～Ｚｌ３ 监测从新建盾构区问 线盾中勾 Ｊ盘距离 ，ｆ 地 铁隧道有线结构外墙２０ １３１开始， 左、有线盾构牙越 既有地铁隧道完成为止一实际ｌ＿ 进度为：右线穿越 历时６ ｄ，左线穿越历时６ ｄ，监测频率为１次／（１，监测 时间为列４ｉ停运后凌晨ｌ：００—３：００ 、 轨道交通与地下工程器 Ｔｒａｃｋ Ｔｒａｆｉｃ＆Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｄｎｇ ｆ目墨掣麓赣 目曼藿 处，下沉０．４４ ｍｍ。 ４结论 １）由数值分析计算结果可知，既有地铁隧道结构 的竖向位移以负值为主，表明结构产生了下沉，竖向 下沉最大值为一２．４５ ｍｍ，发生在新建区间隧道左线对 应穿越部位的底板；竖向上浮最大值为０．３７ ｍｍ，发生 在右线盾构隧道开挖至既有右线区间隧道前；既有地 图１１现场监测布点图 铁区间隧道结构的横向变形相对较小，其中 方向位 移最大值为一０．２９ ｍｍ，Ｙ方向位移最大值为０．２７ ｍｉｔｔ。 ２）由现场实测数据分析可知，既有地铁隧道竖向 最大竖向位移发生在Ｙ０４测点处，下沉１．７８ ｍｍ；左线 最大竖向位移发生在Ｚ０９测点处，下沉１．８９ ＩＴｌｍ，略大 于右线。 ３．２实测结果及数据分析 既有地铁隧道结构竖向位移累计变形曲线见图 位移较小，施工期间均未超出变形控制值。其中，右线 １２、ｌ３。 。 。 。 。 ’’ 。 ’ 。 。 ／ ．ｆ－－ｏ．３ ／ Ｈ ＼ ％－１・２６ ＼ 一１＾＼．３）对比数值分析结果和现场实测结果可以看到， 实际施工监控量测数据与施工前数值分析结果基本 一．／ 一１．４９ ／ １．６８ ＼． ＝ｒ ／ ／ ｜ ／ ＿１・６５ 致，说明预测结果是可靠的，风险前评估预测分析 结论基本可以客观、如实地反映施工过程中各部位的 情况，较为准确。嘲 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，２００８，２８（４）：４８３—４８８． 一 图１２既有地铁隧道右线结构竖向位移累计变形曲线 ［２】范壶壶．盾构超近距离穿越运营地铁的微扰动施工研究【Ｄ］． 上海：同济大学，２００８． ．—ｎ５２ ＼ ＼ ＼一１ １口 ＼ ＼ ＝Ｉ＝ ： ．．ｒ： ／ ／一０．８５ ／ ／ ‘ ／ 一１ １／ ’—～ 一１．８９ ［３】凌立静．盾构下穿鼓楼大街站安全控制技术研究［Ｄ】．北京： 中国矿业大学（北京），２０１３． ［４］刘招伟，王梦恕，董新平．地铁隧道盾构法施工引起的地表沉 降分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００３，２２（８）：１２９７—１３０１． 【５］李立，徐骞，伍建．盾构近距离下穿既有车站设计难点及对策 ’－＝【８５～ 图ｌ３既有地铁隧道左线结构竖向位移累计变形曲线 【Ｊ】．隧道建设，２０１３，３３（１２）：８３３—８３９． 由图１２、１３可知：既有地铁隧道结构竖向位移较 【６】张继清，索晓明．大直径盾构侧穿地铁站的变形预测与实测 小，施工期间均未超出变形控制值。其中，既有地铁隧道 最小竖向位移发生在Ｙ１３测点处，下沉Ｏ．０５ ｍｍ。既有 结果分析ｆＪ１．中国工程科学，２０１０，１２（１２）：１８—２２． ７】黄腾，孙景领，陶建岳，等．地铁隧道结构沉降监测及分析【Ｊ】 ．右线最大竖向位移发生在Ｙ０４测点处．下沉１．７８ ｍｍ； 【东南大学学报（自然科学版），２００６，３６（２）：２６２—２６６． 地铁隧道左线最大竖向位移发生在Ｚ０９测点处，下沉 收稿日期：２０１６—１１－３０ １．８９ ｍｉｌ１．略大于右线：最小竖向位移发生在ＺＩ３测点 作者简介：祝方，男，工程师，主要从事地铁工程技术研究及管理工作。 （上接第６３页） 其应用［Ｄ】．长春：吉林大学，２００９． ５】交通运输部公路科学研究院．公路桥梁承载能力检测评定 ［２】姚玲森．桥梁工程［Ｍ］．２版．北京：人民交通出版社，１９８５：１０５－ 【规程： Ｊ２１—２０１ｌ［ｓ１．北京：人民交通出版社，２０１１． １３３． ［３】李国豪，石洞．公路桥梁荷载横向分布计算［Ｍ】．２版．北京： 人民交通出版社。１９８７：１０１—１０４． 收稿日期：２０１６—１２—１５ 作者简介：刘宝军，男，工程师，学士，主要从事桥梁检测方面的工作。 【４１韩清海．中小跨径桥梁荷载横向分布系数计算方法的研究及 ２０１７－￣３期（５一）第３５卷 荭投木６７
