盾構(gòu)下穿人行通道沉降影響研究

常 岐

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

0 引言

隨著地下空間開發(fā)的深入進行，城市軌道交通得到了迅速的發(fā)展，在我國軟土地區(qū)修建的地鐵多采用盾構(gòu)法施工，而在城市地區(qū)，地下空間的利用較為發(fā)達，盾構(gòu)下穿過程中，一方面會對地層產(chǎn)生擾動，造成變形，另一方面，當盾構(gòu)近距離穿越地下管線、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、人行通道等時也有可能誘發(fā)結(jié)構(gòu)損害而導致使用性能受到影響［1-4］，如何采取有效措施減少盾構(gòu)下穿對相鄰構(gòu)筑物的影響是急需解決的問題，文中通過數(shù)值模擬，得到了盾構(gòu)下穿人行通道過程造成的位移沉降變化規(guī)律，為相關(guān)工程提供了技術(shù)積累。

1 分析模型的建立

1.1 工程概況

人行通道外包尺寸為9.0m×4.5m，頂板覆土2m，底板底距離盾構(gòu)頂部約2.4 m，通道主箱共分兩段，每段長約16 m，地道圍護結(jié)構(gòu)為混凝土板樁，寬0.5 m，厚0.25 m，盾構(gòu)機為大型土壓平衡盾構(gòu)機，根據(jù)通道與在建隧道的關(guān)系，盾構(gòu)推進過程中，盾構(gòu)軸線兩側(cè)各8 m的板樁須清除，數(shù)值計算時不考慮板樁，工程范圍內(nèi)的土層參數(shù)如表1所示。

1.2 分析模型

本次模擬根據(jù)工程實際情況，并考慮施工的影響范圍，模型尺寸取值如下:人行通道的長度取32 m，盾構(gòu)對隧道從人行道向兩端各取40 m(20環(huán))。隧道底部向下取20 m，隧道上覆土層按照實際取值。

模型的邊界條件為:前、后邊界面(Z向)取Z向固定位移約束，左、右邊界面(X向)取X向固定位移約束，底面(Y向)取Y向固定位移約束，土層中的應力場取為自重應力場。

模型中土層參數(shù)按照表1中所給數(shù)據(jù)取值，土層采用彈塑性實體單元模擬，人行通道襯砌和隧道襯砌采用彈性殼單元模擬，模型如圖1所示。

表1 土層物理力學參數(shù)

1.3 施工過程模擬

根據(jù)管片的寬度(2 m)確定如下的過程模擬情況:首先在推進到人行通道影響區(qū)內(nèi)(360環(huán))之前按照5環(huán)每步的速度模擬，進入影響區(qū)后(360環(huán)～365環(huán))按照3環(huán)，2環(huán)的推進速度模擬。影響區(qū)內(nèi)(365環(huán)～375環(huán))的計算按照每一環(huán)計算一次模擬，遠離影響區(qū)時的計算分步和前面相同，掌子面推進至390環(huán)，模型貫通，整個過程分為18個施工步完成。人行通道和盾構(gòu)隧道的位置關(guān)系如圖2所示。

圖1 模型圖

圖2 人行通道與盾構(gòu)隧道位置關(guān)系圖

2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

圖3給出了盾構(gòu)機推進到不同位置時刻，人行通道中軸線縱剖面的沉降變化情況。

可見，盾構(gòu)機在推進時必然引起地層損失，使地層應力場發(fā)生變化，一方面當盾構(gòu)推進到通道下方時，隧道襯砌剛度與原始土層差別較大加之隧道自身的沉降，引起通道產(chǎn)生位移，另一方面，盾構(gòu)機距離通道位置不同時，通道處土體受擾動的情況不同引起的位移變化也不同。取圖3中靠近中線的一側(cè)節(jié)點(人行通道底部，編號M)的位移情況統(tǒng)計如圖4所示。圖4為測點位移增量圖，可以看到，當盾構(gòu)推進到約360環(huán)時測點開始隆起，約375環(huán)時，隆起達到最大值，而370環(huán)時盾構(gòu)機達到通道正下方，這一點正體現(xiàn)了盾尾后注漿的施工工序。當盾構(gòu)靠近通道時，由于注漿壓力及土倉壓力的作用，通道底部受力向上產(chǎn)生位移，隨著盾構(gòu)的推進，隧道產(chǎn)生位移從而使人行通道出現(xiàn)下降趨勢。

3 主要研究結(jié)論

針對盾構(gòu)下穿人行通道的工程實例，建立了三維模型，通過模擬盾構(gòu)機推進、管片拼裝過程，分析了人行通道的沉降位移變化規(guī)律，由分析結(jié)果可知，當盾構(gòu)推進到通道附近時，盾構(gòu)注漿壓力以及土倉壓力作用改變了原始地層應力，通道底部受到向上的作用力，表現(xiàn)為隆起;盾構(gòu)推過通道截面一段時間后，隆起量達最大，這是由于盾尾注漿的滯后性所致，隨著盾構(gòu)的推進，通道逐漸產(chǎn)生下沉，這是由于盾構(gòu)隧道沉降以及土層壓縮的結(jié)果。

圖3 不同時刻人行通道縱剖面位移云圖

圖4 測點M豎向位移圖

可見，采取有效措施控制盾構(gòu)隧道的沉降有利于減少盾構(gòu)推進對鄰近構(gòu)筑物產(chǎn)生的沉降影響。

［1］劉寶琛，林德璋.淺部隧道開挖引起的地表移動和變形［J］.地下空間，1983(7):1-7.

［2］孫 均.市區(qū)基坑開挖施工的環(huán)境土工問題［J］.地下空間，1999，19(4):257-265.

［3］劉建航，侯學淵.盾構(gòu)法隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，1991.

［4］張慶賀，柏 炯.上海軟土盾構(gòu)法隧道的理論與實踐［J］.同濟大學學報，1998，26(4):387-392.