盾構機拆卸對地表變形的影響

齊保棟 王權 劉高崗 王二力

[摘? 要]：深圳12號線地鐵盾構隧道與既有1號線桃園車站接駁，盾構機刀盤等結構只能在原位進行破除拆解后由車站運出，盾殼留在隧道內充當襯砌結構。文章采用有限元軟件Midas GTS模擬了12號線左右隧道盾構機拆除過程中對地表變形的影響。模擬結果表明：盾殼滿足支護要求，盾構拆解后對地表變形影響小;右線隧道盾構機拆除影響地表變形值為1.1 mm，左線隧道盾構機拆除影響地表變形值為1.2 mm;滿足規范要求，該盾構機拆卸方法滿足施工安全要求， 對類似工程有借鑒意義。

[關鍵詞]：盾構機拆卸; 單側接駁; 盾殼襯砌結構; 暗挖礦山法

U455.43B

在盾構隧道的施工過程中，隧道施工結束后盾構機的拆解會對區間隧道和周圍土體產生一定的力學影響。尤其是在工程情況復雜的條件下，需要事先進行模擬計算來驗證整個拆除過程的影響，用以指導施工，從而保證拆除過程的安全進行。本文以深圳市12號線市域地鐵盾構區間隧道為工程背景，研究在新建地鐵盾構隧道與既有車站接駁位置附近進行盾構機拆除對地表變形的影響，得到了盾構機拆解過程中地表的變形規律。

1 工程概況

本文以深圳市12號線桃園站至南頭古城站區間隧道為依托工程，主要包括新建12號線桃園車站、既有1號線桃園車站和12號線桃南區間隧道，三者間的相互關系詳見圖1。依據圖1位置，盾構隧道由右至左進行施工，在距離既有1號線桃園站2 m處停止作業，改由從既有車站內向右進行暗挖礦山法施工。施工完成后，盾構機進行原位拆解，盾殼留在原位置處充當襯砌使用，盾構機其余構件拆除后運出。12號線區間隧道最大縱坡為13.254‰，覆土厚度14.3～16.7 m。盾構隧道主要穿越礫質黏土層，局部為全風化花崗巖。沿線場地隸屬珠江三角洲?？谒?，區間施工范圍內無地表水，隧道位于水位線以下。

2 盾構機拆解數值模型

2.1 有限元模型

本文采用 Midas GTS 軟件分析復雜環境下區間隧道內盾構機拆除解體對地層的影響。模型X方向為深圳市城市軌道交通12號線桃園站—南頭古城站區間隧道方向，Y方向為既有1號線桃園站方向，模型Z方向為豎直方向，詳見圖2～圖4。

模型尺寸為 60 m×50 m×30 m（長×寬×總高），12號線區間隧道埋深16.76 m，左線和右線的中心間距為17.2 m。由于盾構機在隧道內拆卸，本模型中以礦山法A型襯砌、盾構法管片以及兩種隧道之間的盾殼形成隧道支護。其中，礦山法A型襯砌采用現澆方式，隧道長2 m，隧道內徑5.5 m，襯砌厚度0.48 m;盾構機盾殼長6.6 m，厚度0.07 m;盾構法管片總長24 m，管片外徑6.2 m，內徑5.5 m，管片幅寬1.5 m，共16環。盾構機拆卸周圍的地層采用注漿加固，加固區域的長、寬、高分別為12 m、12.2 m、12 m。模型中包括1號線既有桃園站以及12號線新建桃園站，車站邊墻和底板采用殼單元模擬，車站內的梁、柱采用桿單元模擬。

盾構機的拆卸圍繞刀盤、主驅動、人艙、H架、螺旋輸送機以及管片拼裝機等6大主體部分進行模擬，主體構件的重量和尺寸根據施工過程中實際數據進行設置。為方便模擬盾構機的拆卸，提高模型的收斂度，將盾構機進行適當簡化，模型如圖2～圖5所示。盾構自重對隧道的作用通過定義盾構質量，以自重作用在隧道結構上的形式施加。

2.2 模型邊界條件與計算參數

假設模型處于彈性半無限空間中，因此模型邊界變形約束為零。模型頂面為自由面，無約束;模型底面每個方向均約束;模型4個側面均只約束法向，其余方向自由無約束。

根據地質勘查資料，結合設計資料及相關規范，選取結構物理力學參數詳見表1，巖土體力學參數詳見表2。

2.3 盾構機拆卸過程

根據施工設計，12號線區間隧道右線掘先進完成，后左線掘進結束。因此，模型盾構機拆除遵循先右線再左線的順序。有限元模型主要分析步驟設置：

第1步：既有車站、新車站施工完成，位移清零。第2步：隧道施工完成。第3步：拆卸右隧道中的管片拼裝機。第4步：拆卸右隧道中的螺旋輸送機。第5步：拆卸右隧道中的H架。第6步：拆卸右隧道中的人艙。第7步：拆卸右隧道中的主驅動。第8步：拆卸右隧道中的刀盤。第9步：拆卸左隧道中的管片拼裝機。第10步：拆卸左隧道中的螺旋輸送機。第11步：拆卸左隧道中的H架。第12步：拆卸左隧道中的人艙。第13步：拆卸左隧道中的主驅動。第14步：拆卸左隧道中的刀盤。

3 盾構機拆卸對地表變形的影響分析

3.1 右線隧道盾構機拆卸對地表影響

圖 6為右隧道盾構機拆卸過程中地表Z向的位移變化云圖。從圖中可以看出，整體上地表Z向的變形主要集中在兩隧道之間，呈拱形分布越靠近拱形中間區域位移值越大;且距離隧道始發端越近，地表Z向的變形越大，其原因是盾構隧道施工的累計沉降;在盾構機拆卸的過程中，地表最大豎向位移由1.028 mm變為1.097 mm。表明盾構機拆卸對地表豎向位移雖然會產生一定影響，但位移值不大。

3.2 左線隧道盾構機拆卸對地表影響

圖7為左隧道盾構機拆卸過程中地表Z向的位移變化云圖。其位移分布規律與右隧道中盾構機拆卸相似;在盾構機拆卸的過程中，地表最大豎向位移從1.111 mm變為1.168 mm，相比與右線隧道盾構機拆解而言，左線隧道盾構機拆解對地表位移影響更大一些，但位移值小符合規范要求。

4 結論

針對復雜環境下區間隧道內盾構機解體問題，本文通過有限元軟件建立了三維數值模型進行了拆卸過程的模擬。研究了盾構機拆卸對地表位移的影響，主要得到結論：

（1）右線隧道和左線隧道盾構機拆解過程產生的地表位移影響規律一致，地表Z向的變形主要集中在兩隧道之間呈拱形分布;且距離隧道始發端越近，越靠近拱形中間區域地表Z向位移值越大。

（2）右線隧道盾構機拆解后地表位移由1.028 mm增加至1.097 mm，左線隧道盾構機拆解后地表位移由1.111 mm增加至1.168 mm。相比與右線隧道盾構機拆解，左線隧道盾構機拆解對地表位移影響更大。

（3）左、右兩線盾構機拆解對地表位移的影響主要集中在兩隧道之間，且位移值較小滿足施工安全要求。證實該盾構機拆解方法滿足施工要求，可為類似工程提供借鑒意義。

參考文獻

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