新建地铁隧道下穿既有隧道的结构影响分析

写地卞１］巴幕醺　新建地铁隧道下穿既有隧道的结构影响分析　刘　斌　（中铁十七局集团第六『［程有限公司，福建福州３５００１４）　【摘　要】　新建地铁隧道下穿既有运营地铁隧道会对隧道结构内力产生影响，通过对隧道开挖过程进　行模拟，得到２者之间的影响范围和内力分布规律，可以为隧道的施工和设计提供有益参考。　【关键词】地铁隧道；下穿；数值模拟　【中图分类号】Ｕ４５５．４９　【文献标识码】Ｂ　１工程概况　３计算结果分析　某新建地铁４号线左线以斜交方式从地铁２　线下方　３．１对周围地层影响　通过，两者之间的平面关系见图１，４号线右线在＿Ｆ穿２号线　冈２为隧道开挖后整个周边地层的竖向位移，从图中可　时，４号线隧顶与２号线隧底之间净距为３　ｍ，４号线左线以　以看ｍ，４号线开挖，对周边的地层以隆起为主，在４号线隧　１９。３　的角度上穿２号线左右线。４号线隧道掘进时会对交　道开挖面底部，具有最大的隆起，最大位移达到２．４　ｃｍ；图３　叉隧道产生不利影响，有必要对下穿过程进行施工过程模　为２隧道斜交处断面处位移云图，图４、图５分别是该断面处　拟，以保证隧道结构安全。　上、中、下三处的位移随开挖过程中的曲线图，可以看出，隧　２数值建模　道开挖过程中，２号线隧道上方和２号线隧道下方的位移产　建模过程中，混凝土管片采用壳体单元，土体　维实体　牛隆起现象，两隧道自己的围岩，在开挖到该断面前隆起，开　单元模拟，材料参数见表１。模型上边界为地面，左、右、下边　挖后产生沉降，并随着开挖进程土体隆起。　界满足与隧道净距均大于３Ｄ要求，综合考虑后其长宽高分　从计算结果分析，４号线开挖，对周边的地层影响较小，　别为９０　ｍ　ｘ６０　ｍ×５０　ｍ。该处地层分别为素填土、卵石土、　埘地表的影响主要是隆起的影响，其值最大为４　Ｉｎｍ，在实际　卵石土（中密）。　施‘１：中可以根据现场情况作一些施工措施。在下穿施工通　盾构施工是一个相当复杂的过程，包括刀盘掘削土体、　过２号线时，可对既有２号线隧道周边地层作注浆加固处　盾构机推进、管片拼装及盾尾注浆等，它们对周围地层的影　理，其范围主要为２号线和４号线之间地层，纵向范围前后　响可以采用应力释放的方法来模拟Ｏ隧道模拟过程主要分　３０　ｍ，横向为左右１５　ｍ。　为两步：第一步，杀死开挖的土体单元，并对开挖轮廓线上的　地层进行应力释放，应力释放为３０％；第二步，在保持顶进压　力不变的同时，完成剩余应力的释放，并激活管片衬砌。隧　道每开挖４．５　ｍ为一步，共２０个开挖步。　表ｌ岩体及结构物理力学参数　Ｖ　Ｅ　‘Ｄ　岩性　（ｋＮ／ｍ　）　（ＭＰａ）　（。）　素填土　１９．０　０．４０　Ｏ．３３　ｌ８　卵石土　２２．Ｏ　２５　Ｏ．３Ｏ　４０　卵石士（中密）　２２，０　３Ｏ　０．２８　４５　图２整体位移云图　［收稿日期］２０１０—０５—０７　图１　４号线与２号线隧道关系　［作者简介］刘斌（１９７８～），工程师。　９６　１５ｔ）１Ｉ建筑第３０卷３期２０１０．０６　图３　中心剖面位移云图　圈６　４号线中心断面管片弯矩　４．００　８．０　１２　００　１６．Ｏ０　２０．Ｏ０　图４　２号线隧　上方位移变化曲线　图７　４号线中心断面管片轴力　号线隧道的断面管片弯矩和轴力分布图，其最大正弯矩为３Ｏ　ｋＮ・ｍ，最大负弯矩为４１　ｋＮ・ｉｎ，最大拉力为１３０　ｋＮ，最大　压力为３８３　ｋＮ，２号线管片同样可以在４号线开挖过程中满　足施工要求。　４结论和建议　４．００　８．００　１　２．００　１　６．００　２０．００　在地铁４号线上穿和下穿地铁２号线的过程中，通过数　圈５　４号线隧道下方位移变化曲线　值模拟，得到的结论和建议如下：　３．２　４号线开挖过程中管片内力分析　（１）地铁４号线下穿２号线施工过程中，对周围地层的　图６、图７为４号线隧道掘进过程中其中心断面的弯矩　影响表现地表隆起现象，其最大隆起值为４　ｍｍ；　和轴力图，其断面具有最大正弯矩５３　ｋＮ・ｍ和最大负弯矩　（２）在开挖过程中，４号线管片和２号线管片所承受的　６４　ｋＮ・ｍ；最大拉力１．４×１０　ｋＮ，最大压力０．８２　Ｘ　１０’ｋＮ；　内力均可满足其设计要求；建议在下穿施工通过２号线时，　隧道管片厚度可以满足设计要求。　可对既有２号线隧道周边地层作一些注浆加固处理，其范围　３．３　４号线下穿对２号线隧道的影响　主要为２号线和４号线之间地层，纵向范围前后３０　ｍ，横向　图８、图９为隧道掘进过程中位于４号线上方交叉处２　为左右１５　ｍ。　（下转第９９页）　四川建筑第３０卷３期２０１０．０６　主要以淤积为主，对铁路边坡的稳定有利。在库区完全泄洪　时，在坝前约１００　ｍ范围内受水流冲刷影响较大。为保证护　脚墙的稳定，基坑回填采用Ｍ７．５浆砌片右回填，并在坝前　１００　ｍ范围内，护脚墙的基础埋置深度加深至２．５－４．５　ｉｎ。　算确定。　。．从计算分析结果及施工设计图中可以看出，路基防护工　程措施安全有效，符合规范要求。但是对于靠近大坝附近的　Ｋ９７＋６１０～Ｋ９７＋８７１段，设计采用的防护高度为高出蓄水　水位１．５　ｍ，建议防护高度高出蓄水水位２．０　ｍ。防护工程　实施后将有效地防止铁路侧库区坍岸、边坡坍溜及滑坡病害　的发生，保障铁路运营的安全。电站运行２年以来，库区铁　３防护工程设计的安全评估　安全评估采用现场调查、计算分析、工程类比的方法进行。　路运营正常，无病害发生。　态（挡土墙墙前墙后有水位差的状态）３个工况。对库区铁路　路基各典型断面设计的计算结果表明，设计的挡土墙的滑动　４结论　稳定性、倾覆稳定性、地基应力、墙底截面强度满足规范要求。　（１）库区铁路路基防护工程要考虑各种不利因素，对于　计算考虑设计的挡土墙在浸水状态、非浸水状态、泄洪状　《铁路路基设计规范》（ＴＢ　１０００１—２００５）第３．０．３条规　蓄水位、泄洪、冲刷的影响要充分考虑。　定，水库路基的路肩高程，应高出设计水位加波浪侵袭高加　（２）某库区铁路路基防护工程设计符合规范要求，支挡　雍水高（包括水库回水及边岸雍水），再加０．５　ｍ。当按规定　工程能够保证铁路路基边坡的安全。　洪水频率计算的设计水位低于水库正常高水位时，应采用水　（３）建议加强铁路路基和水库监测，发现异常及时处　库正常高水位作为设计水位。＜铁路特殊土路基设计规范》　理，确保铁路运营安全。：　（ＴＢ　１００３５—２０Ｏ６）第ｌ３．２．１条规定，边坡浸水防护高程，应　大于设计水位加波浪侵袭高或斜水流冲高加雍水高（包括河　参考文献　道卡口或建筑物造成的雍水、河湾水面超高、桥前水面拱坡　附加高）加河道淤积影响高度加不小于０．５　ｍ的安全高度。　［１】林文腾．水口库区外福线滨江路基应按防冲刷设置防护［Ｊ］．　《铁路特殊土路基设计规范》（ＴＢ　１００３５—２００６）１４．３．２条规　铁道工程学报，２０００，（４）：７４—７７　定，路基浸水部分应采用渗水土填筑。《铁路特殊土路基设　［２］黄谷丰．重视水位对路基稳定的影响［Ｊ］．中国市政工程，２００５　计规范》（ＴＢ　１００３５—２ＯＯ６）第１４．３．３条还规定，路基边坡的　（４）：６—７　［３］张宗堂．陇海铁路路基受宝鸡峡加坝影响及加固措施初探　防护应符合下列要求。　（１）路基边坡浸水防护顶面高程因为线路设计水位（当　［Ｊ］．路基工程，２００１（４）：２５—２７　［４］铁道部第一勘测设计院．铁路工程设计技术手册一路基［Ｍ］．　线路设计水位低于水库正常高水位时，采用水库正常高水位　北京：中国铁道出版社，１９９２　为设计水位）加波浪侵袭高加安全高度０．５　ｍ，底面高程应　［５］交通部第二勘察设计院．公路设计手册一路基（第２版）［Ｍ］．　为水库设计低水位减波浪影响深度（可采用２～２．５倍低水　北京：人民交通出版社，２００１　位时的波浪高）。当蓄水初期由于浸水或水流的作用影响边　［６］蒋凯，何良德．水库地区路基的防护研究【ｊ］．石家庄铁道学　坡稳定时，防护底面至路基坡脚之间的坡面应进行适当防　院学报，２００６，１９（３）：９８—１０３　护。淤积较快的地段，可采用临时防护措施。　［７］何良德，宗泽．水库地区路基断面设计与防渗设计［Ｊ］．石家　（２）防护顶面高程下一边坡坡率可比非浸水路基的边　庄铁道学院学报，２００６，１９（４）：８８—９３　坡坡率放缓一级。当浸水较深或条件复杂时，应经稳定性检　（上接第９７页）　参考文献　［１］孙玉永，周顺华，向科，等．近距离下穿既　有隧道的盾构施工参数研究［Ｊ］．中国铁　道科学，２０１０，３１（１）：５４—５８　［２］　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）Ｉ　４８３—４８８　图８　２号线中心断面管片弯矩　图９　２号线中心断面管片轴力　四川建筑第３０卷３期２０１０．０６