地鐵盾構(gòu)近距離后行洞施工對(duì)先行洞影響的力學(xué)效應(yīng)

劉代國(guó)，左昌群，唐霞，丁少林，陳建平

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地鐵盾構(gòu)近距離后行洞施工對(duì)先行洞影響的力學(xué)效應(yīng)

劉代國(guó)，左昌群，唐霞，丁少林，陳建平

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 工程學(xué)院，湖北武漢，430074)

為揭示蘇州地鐵4號(hào)線區(qū)間隧道盾構(gòu)近距離施工雙洞之間的影響，采用數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的手段，獲得后行洞施工條件下引起的先行洞附加應(yīng)力及變形變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：后行洞近距離施工會(huì)引起先行洞管片的二次附加應(yīng)力，且在三維方向均有作用；其中徑向附加應(yīng)力主要呈受壓狀態(tài)，環(huán)向附加應(yīng)力主要呈受拉狀態(tài)，軸向附加應(yīng)力由受壓狀態(tài)轉(zhuǎn)化為受拉狀態(tài)，且附加應(yīng)力隨著后行洞盾構(gòu)的掘進(jìn)逐漸增大并趨于穩(wěn)定狀態(tài)；由后行洞施工引起的徑向附加應(yīng)力最大約為0.028 MPa，環(huán)向附加應(yīng)力最大約為0.270 MPa，軸向附加應(yīng)力最大為0.700 MPa；管片及地層變形受土倉(cāng)壓力及注漿壓力的影響明顯，盾構(gòu)連續(xù)施工過(guò)程中先行洞管片整體變形較大，最大變形約為6 mm；地層由隆起逐漸轉(zhuǎn)為沉降，最大隆起量約為1.45 mm，隨著盾構(gòu)的遠(yuǎn)離，地表沉降逐漸增大，最大達(dá)14 mm左右；結(jié)合相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，后行洞施工對(duì)先行洞的影響處于可接受范圍內(nèi)，能保障隧道施工和結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定。

盾構(gòu)隧道；盾構(gòu)管片；附加應(yīng)力；地層變形；土倉(cāng)壓力

隨著我國(guó)城市地鐵建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，盾構(gòu)法施工因具有對(duì)周?chē)h(huán)境影響小、施工速度快、工程質(zhì)量?jī)?yōu)良、施工安全環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，在城市地鐵建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。受地上或者地下空間的影響，盾構(gòu)隧道不可避免地會(huì)形成近距離施工狀況[1?3]，在近距離施工條件下，先行洞會(huì)再次受到后行洞施工的影響，因此，研究近距離施工條件下后行洞施工對(duì)先行洞受力及變形的影響規(guī)律對(duì)隧道安全施工具有重要意義。目前人們對(duì)近距離盾構(gòu)施工研究的成果較多，陳先國(guó)等[4]針對(duì)近距離雙孔平行隧道，采用二維有限元分析不同開(kāi)挖方法管片彎矩圖，探討了第2孔隧道的修建對(duì)已建的第1孔隧道拱頂沉降的影響；王明年等[5]用位移變化速率準(zhǔn)則對(duì)盾構(gòu)隧道重疊段進(jìn)行了縱向近接分區(qū)；張海波等[6]對(duì)近距離疊交情況下后建隧道盾構(gòu)施工引起老隧道襯砌的應(yīng)力和變形進(jìn)行了模擬；白海衛(wèi)等[7]推導(dǎo)了正交下穿施工條件下既有隧道極限沉降變形公式，對(duì)其進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)；何川等[8]采用模型試驗(yàn)和有限元分析探討了隧道凈距，頂推力等因素對(duì)已建平行隧道的變形和附加內(nèi)力變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)上述研究成果的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在管片受力方面研究的內(nèi)容較變形研究的少，并且在管片受力方面主要著重于管片的整體受力狀況，而在實(shí)際情況中管片處于三向受力狀態(tài)，在徑向、環(huán)向和軸向均表現(xiàn)出不同的受力狀態(tài)。為確保近距離條件下盾構(gòu)的正常施工需要對(duì)管片不同方向的受力情況進(jìn)行及時(shí)掌握和了解，這就使得對(duì)相關(guān)問(wèn)題的研究成為目前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。為此，本文作者以蘇州地鐵4號(hào)線春申湖路站—陽(yáng)澄湖路站盾構(gòu)區(qū)間為研究對(duì)象，結(jié)合有限元數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段，對(duì)近距離后行隧道施工條件下地表變形規(guī)律及先行隧道管片受力及變形變化規(guī)律進(jìn)行研究，較全面地揭示近接施工條件下先行洞結(jié)構(gòu)受力變形的綜合力學(xué)效應(yīng)，研究結(jié)論可為保障施工安全和掘進(jìn)效率提供參考依據(jù)。

1 工程背景

1.1 工程概況

蘇州市軌道交通4號(hào)線(主線)總體呈南北走向，春申湖路站—陽(yáng)澄湖路站區(qū)間范圍為測(cè)設(shè)里程右CK4+188.763~右CK5+447.142，全長(zhǎng)1 258.379 m，為雙向隧道，隧道中心距離10.00~15.50 m，隧道有效凈距為3.8~9.3 m。盾構(gòu)施工平面圖見(jiàn)圖1。

圖1 盾構(gòu)施工平面圖

1.2 施工方案

區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，采用2臺(tái)土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)，盾構(gòu)直徑為6.34 m，隧道襯砌采用C55預(yù)制鋼筋混凝土管片，管片厚度為0.35 m，隧道外徑為6.2 m，內(nèi)徑為5.5 m。為減小對(duì)土體的擾動(dòng)，右洞較左洞早施工2月。

1.3 工程地質(zhì)條件

隧道區(qū)間以第四系沉積地層為主，地下水位高，湖相沉積層厚。按其成因類(lèi)型、巖性和工程性能依次為：素填土、湖相沉積粉質(zhì)黏土、粉土層。區(qū)間地面標(biāo)高一般在1.79~5.64 m之間，地勢(shì)較平坦，局部橋梁部位稍有起伏。圖2所示為隧道所處的地層圖，表1所示為土體物理力學(xué)參數(shù)，盾構(gòu)隧道處于④1粉質(zhì)黏土層中。

表1 土體物理力學(xué)參數(shù)

圖2 地層剖面圖

2 近接段后行洞對(duì)先行洞影響的數(shù)值分析

2.1 計(jì)算模型建立

采用有限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行計(jì)算，以CK4+942~CK5+014段的CK4+978斷面作為研究對(duì)象；此斷面隧道埋深為13 m，隧道凈距為4.5 m。取隧道外邊界與模型邊界距離為20 m，計(jì)算模型長(zhǎng)×寬×高為57.3 m×72.0 m×40.0 m，計(jì)算模型如圖3所示。盾構(gòu)沿方向掘進(jìn)，掘進(jìn)長(zhǎng)度為72 m。考慮到襯砌接頭對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)剛度的影響，將襯砌管片剛度折減0.15，得到管片的彈性模量為30 GPa，泊松比為0.2，管片寬度為1.2 m。由于土體、漿體向盾尾空隙充填情況以及隧道壁面受擾動(dòng)程度和范圍難以進(jìn)行量化，因此，將它們等效為均質(zhì)、等厚、彈性的等代層[9?10]，根據(jù)文獻(xiàn)[10]取等代層厚度為0.1 m，彈性模量為3 MPa，泊松比為0.2，盾構(gòu)機(jī)、等代層和襯砌看作為彈性材料，土體為彈塑性材料，屈服準(zhǔn)則采用Drucker-Prager準(zhǔn)則。土體、盾構(gòu)機(jī)、等代層及襯砌單元類(lèi)型均為C3D8。

圖3 三維有限元模型

2.2 計(jì)算工況條件

在實(shí)際施工中，每次掘進(jìn)1.2 m，為簡(jiǎn)化模型，在模擬過(guò)程中，每次掘進(jìn)2.4 m，將管片共分為30環(huán)。采用剛度遷移法[11]模擬盾構(gòu)的施工過(guò)程。為減小邊界效應(yīng)[12]的影響，盾構(gòu)機(jī)距端部5環(huán)開(kāi)始推進(jìn)，此時(shí)激活襯砌單元和等代層單元。將接下來(lái)3環(huán)土體挖去，激活盾構(gòu)單元并施加土倉(cāng)壓力維持工作面穩(wěn)定，進(jìn)而模擬盾構(gòu)動(dòng)態(tài)掘進(jìn)過(guò)程，每步開(kāi)挖1環(huán)，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)為1，共掘進(jìn)27環(huán)，消耗總時(shí)間步長(zhǎng)為22。盾構(gòu)推進(jìn)模擬圖[13?14]如圖4所示，其主要推進(jìn)步見(jiàn)表2，并依次循環(huán)下去直至隧道貫通。根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)記錄，土倉(cāng)壓力設(shè)定范圍為0.17~0.21 MPa，注漿壓力取值范圍為0.25~0.35 MPa，本文模擬中取土倉(cāng)壓力為0.18 MPa，注漿壓力為0.3 MPa。

表2 計(jì)算步驟

圖4 有限元模擬過(guò)程圖

2.3 監(jiān)測(cè)工況

為和實(shí)際情況相吻合，選取模型中部第15環(huán)作為分析斷面，選取管片外環(huán)拱頂、拱底、左拱腰及右拱腰進(jìn)行徑向應(yīng)力監(jiān)測(cè)，即埋設(shè)壓力盒位置處。選取與后行洞(左洞)近接處，即管片內(nèi)環(huán)水平位置、±45°位置處進(jìn)行環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力監(jiān)測(cè)，即安裝應(yīng)變計(jì)位置處，應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)具體布置如圖5所示。另外，選取監(jiān)測(cè)斷面正上方地表處1?1’測(cè)線及測(cè)線上的，，和共4點(diǎn)作為研究對(duì)象，~所處位置依次為左洞拱頂正上方、兩隧道中軸線處、右洞拱頂正上方及右洞拱頂向右約7 m處，分析盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中其變形規(guī)律，地表變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

2.4 計(jì)算結(jié)果分析

2.4.1 附加應(yīng)力分析

圖6所示為后行洞施工引起先行洞分析斷面處徑向附加應(yīng)力變化時(shí)程曲線。后行洞施工引起先行洞管片所受的徑向附加應(yīng)力整體上呈增大的趨勢(shì)，在推進(jìn)時(shí)間步為11時(shí)，后行洞工作面到達(dá)分析斷面處，在到達(dá)之前，拱頂、拱底處徑向附加應(yīng)力值向負(fù)方向增大，表明其相對(duì)初始徑向應(yīng)力有減小的趨勢(shì)，減小量為3 kPa；右拱腰處呈現(xiàn)直線增加的趨勢(shì)，而在左拱腰處，在盾構(gòu)到達(dá)分析斷面之前基本上保持不變；隨著盾構(gòu)機(jī)的通過(guò)其增加速率陡增，最大徑向附加應(yīng)力為28 kPa，受盾構(gòu)開(kāi)挖影響較大。隨著盾構(gòu)機(jī)的遠(yuǎn)離，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的徑向附加應(yīng)力基本保持不變。

1—左拱腰；2—拱頂；3—拱底；4—右拱腰。

圖7所示為后行洞施工引起先行洞管片環(huán)向附加應(yīng)力變化時(shí)程曲線。從圖7可見(jiàn)：環(huán)向附加應(yīng)力總體上沿負(fù)方向增大，在土倉(cāng)壓力及注漿壓力的作用下，對(duì)前方及周邊土體產(chǎn)生擠壓作用，使得先行洞管片內(nèi)環(huán)受拉效應(yīng)明顯。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)間步為9即距離分析斷面為2環(huán)之前，管片環(huán)向附加應(yīng)力受盾構(gòu)機(jī)影響較小，變化曲線基本保持水平；隨著盾構(gòu)機(jī)達(dá)到并穿過(guò)分析斷面，其應(yīng)力受盾構(gòu)機(jī)影響較大，影響范圍約為8環(huán)；隨著盾構(gòu)機(jī)的遠(yuǎn)離，分析斷面環(huán)向附加應(yīng)力受盾構(gòu)機(jī)影響減小。對(duì)比3處監(jiān)測(cè)點(diǎn)，水平位置處變化幅度最大，約為0.25 MPa，?45°位置處變化幅度最小，為9 kPa。

1—+45°；2—水平；3—?45°。

圖8所示為后行洞施工引起先行洞管片軸向附加應(yīng)力變化時(shí)程曲線。監(jiān)測(cè)點(diǎn)處軸向附加應(yīng)力有拉應(yīng)力也有壓應(yīng)力，其中+45°位置和水平位置處變化規(guī)律較一致，相對(duì)?45°位置處，由受壓狀態(tài)轉(zhuǎn)化為受拉狀態(tài)存在一定的滯后性；在距離分析斷面為1環(huán)附近，水平位置和+45°位置處壓應(yīng)力達(dá)到最大，在開(kāi)挖結(jié)束時(shí)拉應(yīng)力達(dá)到最大，變化幅度約為0.65 MPa；?45°位置處隨著工作面遠(yuǎn)離分析斷面6環(huán)時(shí)其拉應(yīng)力達(dá)到最大，隨著盾構(gòu)機(jī)的繼續(xù)掘進(jìn)其拉應(yīng)力有減小的趨勢(shì)。

1—+45°；2—水平；3—?45°。

2.4.2 變形分析

圖9所示為后行隧道分析斷面處管片拱腰處水平位移時(shí)程曲線。從圖9可見(jiàn)：隨著后行洞的施工，先行洞管片整體向右移動(dòng)較大，左拱腰與右拱腰水平位移差值較小，表明其凈收斂量較小；管片向右最大水平位移約為6 mm，而其凈收斂量低于1 mm。

1—左拱腰；2—右拱腰。

圖10所示為橫向監(jiān)測(cè)線1-1’變形曲線圖。從圖10可見(jiàn)：在工作面到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面之前，土體受土倉(cāng)壓力和注漿壓力的擠壓作用，地表變形表現(xiàn)為隆起現(xiàn)象，在到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面時(shí)，地表隆起量最大，約為1.6 mm；隨著盾構(gòu)的繼續(xù)掘進(jìn)，受土倉(cāng)壓力和注漿壓力的影響逐漸減小，地表變形表現(xiàn)為沉降現(xiàn)象，在盾構(gòu)開(kāi)挖結(jié)束時(shí)即開(kāi)挖到27環(huán)時(shí)，地表沉降量最大，約為12.8 mm。

1—開(kāi)挖第10環(huán)；2—開(kāi)挖第15環(huán)；3—開(kāi)挖第17環(huán)；4—開(kāi)挖第20環(huán)；5—開(kāi)挖第27環(huán)。

圖11所示為監(jiān)測(cè)線1?1’上，，和共4點(diǎn)豎向位移時(shí)程曲線。從圖11可見(jiàn)：在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面前，地表變形以隆起為主，在穿越過(guò)程中，地表沉降迅速增大，隨后變形量趨于穩(wěn)定狀態(tài)；后行洞正上方點(diǎn)處沉隆值最大，向著先行洞方向沉降逐漸減小，在點(diǎn)處，變形曲線圖近似平直線，受后行洞施工影響較小。

1—A點(diǎn)；2—B點(diǎn)；3—C點(diǎn)；4—D點(diǎn)。

3 盾構(gòu)近距離施工相互影響的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析

為研究近距離條件下后行洞施工對(duì)先行洞管片受力的影響，通過(guò)在先行洞管片上埋設(shè)壓力盒和應(yīng)變計(jì)的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄。當(dāng)后行洞工作面距監(jiān)測(cè)斷面為50環(huán)時(shí)，記錄此時(shí)的應(yīng)力作為初始值，觀察盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中先行洞管片附加應(yīng)力變化情況，盾構(gòu)機(jī)實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程中每天6~12環(huán)，在累計(jì)時(shí)間為7 d時(shí)，后行洞工作面到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面。

3.1 附加應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析

圖12所示為實(shí)際監(jiān)測(cè)中管片徑向附加應(yīng)力變化時(shí)程曲線。從圖12可見(jiàn)：實(shí)際監(jiān)測(cè)得到的附加徑向力變化規(guī)律與模擬得到的較為類(lèi)似；隨著工作面的到達(dá)及遠(yuǎn)離，徑向附加應(yīng)力逐漸變大并趨于穩(wěn)定，在左拱腰處增量最大，在拱底處增量最小。模擬結(jié)果中，左拱腰、拱頂、拱底和右拱腰達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)徑向附加應(yīng)力分別為28，11，7和9 kPa，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，相應(yīng)值約為23，10，4和12 kPa，右拱腰處影響程度次于左拱腰處影響程度。

1—左拱腰；2—拱頂；3—拱底；4—右拱腰。

圖13所示為實(shí)際監(jiān)測(cè)中管片環(huán)向附加應(yīng)力變化時(shí)程曲線。從圖13可見(jiàn)：后行洞施工引起先行洞水平位置處環(huán)向附加應(yīng)力最大，?45°處最小；水平位置及+45°位置處應(yīng)力隨著盾構(gòu)機(jī)的到達(dá)增量較大；隨著盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)斷面約40環(huán)時(shí)，應(yīng)力趨于穩(wěn)定，而?45位置處隨著后行洞施工應(yīng)力變化值較小，趨于穩(wěn)定較快；+45°、水平和?45°位置處環(huán)向附加應(yīng)力穩(wěn)定時(shí)應(yīng)力分別為0.14，0.27和0.025 MPa，數(shù)值模擬結(jié)果中，相應(yīng)應(yīng)力為0.17，0.23和0.05 MPa，3處均處于受拉狀態(tài)。

圖14所示為實(shí)際監(jiān)測(cè)中管片軸向附加應(yīng)力變化時(shí)程曲線。從圖14可見(jiàn)：隨著后行洞的施工，在數(shù)值模擬和實(shí)際監(jiān)測(cè)中先行洞管片+45°、水平位置處軸向附加應(yīng)力均由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)化為拉應(yīng)力，而?45°位置處在實(shí)際監(jiān)測(cè)中則始終處于受拉狀態(tài)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，3處應(yīng)力狀態(tài)在后行洞工作面到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面時(shí)應(yīng)力基本處于最大值；隨后軸向附加應(yīng)力趨于穩(wěn)定狀態(tài)。+45°，0°和?45°位置處軸向附加應(yīng)力變化幅度約為0.6，0.7和0.4 MPa。在數(shù)值模擬結(jié)果中，在盾構(gòu)穿越監(jiān)測(cè)斷面之后3點(diǎn)處應(yīng)力達(dá)到最大并趨于穩(wěn)定甚至減小，3處相應(yīng)的變化幅度約為0.60，0.65和0.50 MPa。

1—+45°；2—水平；3—?45°。

1—+45°；2—水平；3—?45°。

3.2 地表變形監(jiān)測(cè)分析

圖15所示為后行洞施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)斷面處地表變形曲線，圖15中的中心距負(fù)值對(duì)應(yīng)后行洞一側(cè)，正值對(duì)應(yīng)先行洞一側(cè)，為工作面距離監(jiān)測(cè)斷面的距離。盾構(gòu)到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面之前地表以隆起為主，隆起值為1.45 mm，較數(shù)值模擬得到的隆起值小。隨著盾構(gòu)穿過(guò)監(jiān)測(cè)斷面地表沉降逐漸增大，在后行洞上方地表沉降最大，當(dāng)=32 m時(shí)，地表最大沉降為14.42 mm。

d/m：1—5；2—4；3—16；4—32。

4 盾構(gòu)近距離施工后行洞對(duì)先行洞影響規(guī)律

在后行盾構(gòu)隧道施工過(guò)程中，隨著近接距離逐漸減小，周?chē)馏w受到因盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)引起的開(kāi)挖方向前方及盾構(gòu)機(jī)周?chē)耐翂浩胶饬Α⒔缑婺Σ磷枇岸芪沧{壓力等力的作用。由于盾殼與地層之間的摩擦阻力作用，必然會(huì)產(chǎn)生1個(gè)滑動(dòng)面。臨近滑動(dòng)面的土層中就會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力，當(dāng)盾構(gòu)剛通過(guò)受剪切破壞的地層時(shí)，因受剪切而產(chǎn)生的拉應(yīng)力導(dǎo)致土體立刻向盾構(gòu)后的空隙移動(dòng)。要保持盾構(gòu)能與隧道軸線一致，在推進(jìn)過(guò)程中盾構(gòu)所經(jīng)之處必須壓縮一部分土體，松弛另一部分土體。壓縮部分抵擋了盾構(gòu)偏離，而松馳部分則帶來(lái)了先行洞受力和位移的變化。

在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，徑向、環(huán)向、軸向附加應(yīng)力變化時(shí)程曲線可分為急劇變化階段、波動(dòng)階段和穩(wěn)定階段，數(shù)值模擬結(jié)果中則可分為急劇變化階段和穩(wěn)定階段。通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)際監(jiān)測(cè)可以得到：盾構(gòu)在即將穿越監(jiān)測(cè)斷面時(shí)，附加應(yīng)力變化速率較大，在穿越之后附加應(yīng)力達(dá)到最大值，隨著盾構(gòu)機(jī)的遠(yuǎn)離附加應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。受后行洞盾構(gòu)施工的影響，管片左拱腰和右拱腰處徑向應(yīng)力增量值較其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)大。盾構(gòu)切削擠壓土體過(guò)程中，使得先行洞管片內(nèi)環(huán)處于受拉狀態(tài)，在管片內(nèi)環(huán)處引起的環(huán)向附加應(yīng)力和附加軸向應(yīng)力沿負(fù)方向逐漸增大，其中在水平位置處影響最明顯，在?45°位置處受盾構(gòu)施工影響較弱。

由后行隧道盾構(gòu)施工引起先行隧道管片徑向最大附加應(yīng)力為0.028 MPa，環(huán)向最大附加應(yīng)力0.27 MPa，軸向最大附加應(yīng)力為0.70 MPa。軸向附加應(yīng)力和環(huán)向附加應(yīng)力明顯大于徑向附加應(yīng)力，說(shuō)明在雙孔平行隧道近距離施工條件下，盾構(gòu)對(duì)土體的推擠力在先行隧道管片橫斷面上所產(chǎn)生的分力較小，在軟黏土地層中，管片與土體之間存在較好的黏結(jié)性，盾構(gòu)在縱向產(chǎn)生的較大的推擠力，使得管片軸向附加應(yīng)力較大。因此，在近距離施工的軟土地層中，對(duì)盾構(gòu)土倉(cāng)壓力的控制更為重要。3種附加應(yīng)力比盾構(gòu)土倉(cāng)壓力小，對(duì)管片的安全使用影響很小，3種附加應(yīng)力均處于合理范圍之內(nèi)。

5 結(jié)論

1) 在近距離施工條件下，后行洞盾構(gòu)的土倉(cāng)壓力及注漿壓力對(duì)前方及周邊土體形成擠壓作用，使得先行洞管片附加徑向應(yīng)力呈增大趨勢(shì)，近接處管片內(nèi)環(huán)環(huán)向附加應(yīng)力呈受拉狀態(tài)，而軸向附加應(yīng)力由受壓狀態(tài)轉(zhuǎn)化為受拉狀態(tài)。隨著盾構(gòu)遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)斷面，管片受盾構(gòu)施工的影響減小，3種附加應(yīng)力基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)。總體上，后行洞盾構(gòu)施工對(duì)先行洞管片近接水平位置影響最大，對(duì)?45°位置處影響最小。

2) 先行洞管片整體水平位移較大，左拱腰處位移大于右拱腰處位移，受后行洞施工的影響，先行洞收斂值較小，低于1 mm。

3) 后行洞工作面到達(dá)監(jiān)測(cè)斷面之前，地表變形出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，隆起值約為1.45 mm；隨著盾構(gòu)穿過(guò)監(jiān)測(cè)斷面，地表變形以沉降為主，且變形幅度較大，最大沉降量在后行洞上方，約為14.42 mm；隨著工作面遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)斷面，地表沉降逐漸增大并趨于穩(wěn)定。

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(編輯 楊幼平)

Mechanical effects of adjacent metro shield construction of the first hole on the second hole

LIU Daiguo, ZUO Changqun, TANG Xia, DING Shaolin, CHEN Jianping

(Faculty of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)

To reveal the impacts between double holes of Suzhou Metro Line 4 adjacent tunnel shield construction, the change laws of deformation and additional stress of the first hole were obtained by using the combination of numerical calculation and field monitoring method under the construction of the second hole. The results show that adjacent construction of the second hole can cause additional secondary stress to the first hole segment in three dimensions. Among them the radial additional stress is mainly in a state of compression, the circumferential additional stress is mainly in tension state, the axial additional stresses change from compressed state to a state of tension and three kinds of stresses gradually increase and stabilize with shield tunneling of the second hole. The maximum radial additional stress caused by the construction of the second hole is about 0.028 MPa, the maximum circumferential additional stress is about 0.270 MPa, and the maximum axial additional stress is about 0.700 MPa. The deformation of segment and ground soil is affected by the soil pressure and grouting pressure significantly. The overall deformation of segment of the first hole is larger during the shield continuous construction process and the maximum deformation is about 6 mm. The ground surface changes from uplift to settlement gradually and the maximum uplift is about 1.45 mm. The surface subsidence value is bigger with the shield tunneling away and the maximum value is about 14 mm. Combined with relevant experience in construction, the impact of construction of the second hole on the first hole is acceptable, which canguarantee the stability of the structure stability and the tunnel construction.

shield tunnel; shield segment; additional stress; stratum deformation; chamber earth pressure

TU94

A

1672?7207(2017)04?1027?08

10.11817/j.issn.1672?7207.2017.04.024

2016?04?06；

2016?06?15

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41202201，51379194)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(CUGL110215) (Projects (41202201, 51379194) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (CUGL110215) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)

左昌群，博士，講師，從事地下建筑工程圍巖?結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究；E-mail：helenzz@126.com