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原文传递浅覆土盾构隧道近距离上跨既有地铁隧道变形影响研究

论文题名：	浅覆土盾构隧道近距离上跨既有地铁隧道变形影响研究
关键词：	盾构隧道;上跨施工;既有地铁隧道;变形规律;数值模拟
摘要：	随着城市地铁隧道的迅速发展，在地下空间资源有限的条件下，不同形式新建隧道近接穿越既有隧道的复杂工况将成为城市地铁施工中不可避免的巨大难题，对地铁隧道的安全施工提出了更高的要求，近年来针对隧道近接施工方面的讨论与研究也日益增多。本文以青岛地铁6号线峨眉山路站～富春江路站区间近距离上跨既有地铁1号线王家港站～石油大学站区间为背景，利用FLAC3D对上跨段盾构施工进行数值模拟，将模拟结果与实测数据进行对比，分析了盾构上跨施工对地表及既有隧道的变形影响规律;最后采用控制单一变量法建立数值模型对新建隧道上跨角度、新旧隧道垂直净间距以及围岩级别对既有隧道的变形影响规律及影响程度进行了研究。得出如下结论: 　　(1)通过对现场监测数据的整理与分析，发现地表及既有隧道的变形主要发生在盾构越过监测断面之后，由于上跨段盾构隧道埋深较浅，地表的整体沉降速率较快，沉降持续时间较短。既有隧道与新建隧道交点处结构变形的受影响程度最大，且由于左右线与新建隧道垂直净间距的不同，导致右线结构的拱顶隆起与拱腰收敛值均大于左线。地表及既有隧道的变形值均满足本工程的监测控制要求，验证了盾构上跨施工的安全性与本工程实际上跨施工方案的可行性。　　(2)盾构上跨完成后，地表横向沉降与Peck沉降曲线表现基本一致，轴线上方测点的沉降值最大，沉降槽宽度在30m左右，约5倍隧道洞径。地表沉降的沿盾构掘进方向的响应范围约为穿越前15m至穿越后20m,且新建隧道与既有隧道交点处的地表沉降速率和最终沉降值均小于上跨前与上跨后的地表沉降速率和最终沉降值，因此盾构近距离上跨施工时对地表沉降的影响程度要小于盾构单线施工时对地表沉降的影响程度。　　(3)在盾构抵达监测断面之前，由于刀盘对前方土体的挤压，既有隧道拱顶会首先产生极小幅度的沉降变形，随后开始呈现出向上隆起的趋势。拱顶隆起的响应范围大约为盾构穿越前20m至穿越后20m,既有隧道的隆起主要发生在刀盘抵达既有隧道上方至盾尾脱离既有隧道上方期间。盾构上跨前，既有隧道拱顶向轴线左侧偏移，盾构上跨后，向轴线右侧偏移，拱顶偏移值与拱腰收敛值仅为拱顶隆起值的一半。在实际施工过程中，应将现场监测的重点集中在既有隧道结构的隆起变形上。　　(4)盾构隧道的开挖卸荷是引起既有隧道应力变化的主要因素，拱顶处应力变化最为明显，上跨过程中主要以受压和受剪为主。盾构开挖完成后，拱顶处压应力的增长百分比为552.46％,剪应力的增长百分比为275.05％。左线应力变化幅度略大于右线，但最大应力值均未超出既有隧道支护结构的承载能力。　　(5)上跨角度越大，既有隧道上部的卸荷范围就越小，垂直净间距越大，既有隧道受上部卸荷作用的影响程度就越小，因此上跨角度的增大与垂直净间距的增大均能够有效减小盾构上跨施工对上跨施工的影响，但在近距离上跨时，二者对既有隧道的影响程度远小于围岩级别的影响程度。围岩级别越高，既有隧道的变形程度、变形速率、结构初始应力以及应力增长幅度均会显著性增大，同时围岩级别的增大还会扩大盾构沿掘进方向对既有隧道变形的影响范围。在围岩性质较差的条件下进行上跨施工时，应提前做好充分的防护措施，同时施工时应做好现场的监控量测，确保隧道安全顺利施工，避免风险的发生。
作者：	周光宏
专业：	土木水利
导师：	王旭春
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023