郭建寧,楊志浩,徐 晨,方 勇

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610031)

盾構(gòu)斜交下穿既有框架隧道數(shù)值模擬分析

郭建寧,楊志浩,徐 晨,方 勇

(西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610031)

在城市地鐵建設(shè)中,經(jīng)常出現(xiàn)新建隧道下穿既有隧道的情況,為研究新建盾構(gòu)隧道施工對(duì)既有公路框架隧道的影響,以寧波地鐵1號(hào)線世紀(jì)大道站—海晏北路站區(qū)間隧道斜交下穿淺覆土市政公路框架隧道工程為依托,采用三維有限元數(shù)值分析方法,研究盾構(gòu)隧道在下穿框架隧道3個(gè)階段(盾構(gòu)到達(dá)既有隧道正下方前、穿越既有隧道正下方及穿出既有隧道后)施工過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)力、壁后注漿壓力對(duì)于上部框架隧道沉降、側(cè)移及扭轉(zhuǎn)影響的規(guī)律,計(jì)算結(jié)果表明,在盾構(gòu)到達(dá)既有隧道正下方前及穿出既有隧道后,沉降量和扭轉(zhuǎn)幅度在一定范圍內(nèi)隨頂進(jìn)力和注漿壓力的增大而增大；盾構(gòu)下穿既有隧道正下方階段,沉降量和扭轉(zhuǎn)幅度在一定范圍內(nèi)隨頂進(jìn)力和注漿壓力的增大而減小。施工過(guò)程中宜隨著盾構(gòu)與既有隧道位置關(guān)系的改變,及時(shí)調(diào)整各項(xiàng)施工技術(shù)參數(shù),減小對(duì)上部隧道的影響,保證盾構(gòu)順利掘進(jìn)。

地鐵；盾構(gòu); 框架隧道; 沉降；扭轉(zhuǎn)；頂進(jìn)力；注漿壓力

在城市地鐵建設(shè)中，經(jīng)常出現(xiàn)新建隧道下穿既有隧道的情況，新建盾構(gòu)隧道的掘進(jìn)不可避免地對(duì)既有隧道產(chǎn)生影響。若不能正確的控制盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中各種參數(shù)，將導(dǎo)致既有運(yùn)營(yíng)隧道產(chǎn)生較大不均勻沉降與變形，影響既有隧道的安全運(yùn)營(yíng)。

何川等[1]采用室內(nèi)相似模型試驗(yàn)和三維有限元數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的手段，對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道重疊下穿施工所引起的上方已建隧道縱向變位、縱向附加軸力和彎矩、橫向變形、橫向附加軸力和彎矩進(jìn)行了深入研究。張迪等[2]采用ANSYS大型有限元軟件，對(duì)鐵路框架橋下土體不加固與加固兩種工況下，盾構(gòu)下穿掘進(jìn)中造成的鐵路框架橋的沉降及應(yīng)力變化進(jìn)行了分析。汪洋等[3]針對(duì)盾構(gòu)法新建正交下穿隧道，采用室內(nèi)相似模型試驗(yàn)和三維有限元數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的手段，得到圍巖條件、隧道凈距、頂推力等因素作用下盾構(gòu)隧道正交下穿施工所引起的既有隧道的變形和附加內(nèi)力分布變化規(guī)律。張海彥等[4]以某新建盾構(gòu)隧道擬近距離垂直下穿蘇州地鐵1號(hào)線區(qū)間隧道為研究對(duì)象，采用有限元分析軟件對(duì)盾構(gòu)隧道施工過(guò)程進(jìn)行三維彈塑性數(shù)值模擬，分析不同間距時(shí)新建隧道垂直下穿對(duì)既有地鐵隧道的影響。張志強(qiáng)等[5]針對(duì)南京地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道“下穿”玄武湖公路隧道的超近接施工力學(xué)行為，進(jìn)行了三維有限元數(shù)值模擬研究。李磊等[6]針對(duì)上海地鐵新建11號(hào)線近距離穿越既有4號(hào)線，采用有限元數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法，考慮既有隧道周圍土壓力的分布規(guī)律，研究了盾構(gòu)下穿施工時(shí)土倉(cāng)壓力和注漿壓力以及上穿施工時(shí)壓重范圍和壓重量對(duì)既有隧道變形的影響。方勇[7]等采用三維有限元方法對(duì)正交下穿盾構(gòu)隧道施工進(jìn)行模擬，分析新隧道動(dòng)態(tài)掘進(jìn)時(shí)既有隧道位移、變形和內(nèi)力的變化規(guī)律。胡新朋等[8]針對(duì)盾構(gòu)施工穿越城市內(nèi)河、下穿既有隧道以及湖底施工、下穿古城墻等工程實(shí)例進(jìn)行分析研究，提出了針對(duì)類似情況的應(yīng)對(duì)技術(shù)措施。仇文革[9]等對(duì)重疊及交錯(cuò)地鐵區(qū)間隧道，按不同凈距分為先上后下及先下后上施工，按平面應(yīng)變問(wèn)題模擬圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)及開挖過(guò)程，對(duì)應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算模擬分析。王剛[10]等提出綜合利用專家調(diào)查、層次分析和模糊評(píng)判法對(duì)工程進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的初評(píng)和復(fù)評(píng)，在評(píng)估中采用數(shù)值模擬針對(duì)主要風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行量化分析，對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)較大的影響因素根據(jù)計(jì)算結(jié)果，制定相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施加以控制。然而，目前相關(guān)研究中依然存在以下問(wèn)題：(1)對(duì)于盾構(gòu)隧道下穿公路框架隧道的研究較少；(2)研究多集中于隧道正交下穿對(duì)于上部隧道的影響，而實(shí)際中隧道正交下穿的情況較少；(3)對(duì)于下穿施工不同階段(下穿前、穿越中、穿越后)中施工技術(shù)參數(shù)影響的研究相對(duì)較少。

本文針對(duì)新建盾構(gòu)隧道斜交下穿公路框架隧道，以寧波地鐵1號(hào)線世紀(jì)大道站—海晏北路站區(qū)間隧道下穿淺覆土市政公路框架隧道工程為依托，采用三維有限元數(shù)值分析方法，研究盾構(gòu)下穿時(shí)，上方既有隧道的豎向位移、、水平位移、扭轉(zhuǎn)與盾構(gòu)所在的位置、盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)力及注漿壓力的關(guān)系，找出下穿不同階段各項(xiàng)施工技術(shù)參數(shù)變化對(duì)于上部隧道沉降及變形影響的規(guī)律，并給出相應(yīng)的建議。

1 工程概況

世紀(jì)大道站—海晏北路站左線區(qū)間隧道起止里程為：K16+081.289～K16+902.174，全長(zhǎng)820.885 m。區(qū)間隧道斷面為單洞單線圓形隧道，本項(xiàng)目采用預(yù)制鋼筋混凝土管片，管片外徑6 200 mm，內(nèi)徑5 500 mm，寬度1 200 mm，厚度350 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50高強(qiáng)混凝土。上部江澄路隧道設(shè)計(jì)為雙向四車道，截面為長(zhǎng)方形，框架結(jié)構(gòu)，采用C30混凝土，頂端上覆土埋深為4 m，兩隧道豎向最小凈間距為7.2 m。

擬建場(chǎng)地第四系地層發(fā)育，為海相富水軟土地層，左線K16+380.000處區(qū)間地質(zhì)剖面及新建隧道既有隧道豎向位置關(guān)系如圖1所示，盾構(gòu)穿越的地層主要為③1層粉砂地層、③2層粉質(zhì)黏土夾粉砂地層。

圖1 區(qū)間地質(zhì)剖面及新建隧道既有隧道豎向位置關(guān)系(單位：m)

江澄路隧道的樁基礎(chǔ)與世海左線區(qū)間隧道的位置關(guān)系如圖2所示，盾構(gòu)隧道與上部江澄路隧道斜交角度約為45°，盾構(gòu)隧道左線位于江澄路隧道底對(duì)應(yīng)環(huán)號(hào)：214～233環(huán)；江澄路隧道基坑采用“二級(jí)放坡”+“垂直開挖”，垂直開挖部分采用SMW工法樁(三軸水泥攪拌樁φ850@600 mm、內(nèi)插H700×300×13×24型鋼)進(jìn)行支護(hù)，在覆土完成后已經(jīng)拔除回收，基坑中間設(shè)置φ800 mm立柱鉆孔灌注樁(未處理)，盾構(gòu)隧道左線范圍內(nèi)共3根，盾構(gòu)隧道左線位于樁底對(duì)應(yīng)環(huán)號(hào)：224～226環(huán)。

2 計(jì)算模型及掘進(jìn)模擬

2.1 模型建立

采用FLAC3D有限元軟件對(duì)該工程建立有限元模型。根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)圖紙及地質(zhì)詳勘資料，確定隧道位置關(guān)系、距離、地層，根據(jù)新建隧道與既有隧道的埋深、交叉區(qū)域大小及地層情況，確定模型尺寸：模型沿新建隧道軸向取52 m、豎向取50 m、寬度取48 m。所有邊界條件均為位移邊界條件，其中模型四周及底面采用垂直約束，上表面為自由邊界。建立的有限元模型如圖3所示。

圖3 模型整體網(wǎng)格圖

2.2 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)圖1所示區(qū)間地質(zhì)剖面，并結(jié)合地質(zhì)詳勘報(bào)告，將土層概化為7層，計(jì)算中采用彈塑性方法得到初始地應(yīng)力場(chǎng)，各地層基本物理力學(xué)參數(shù)見表1，鉆孔灌注樁采用FLAC3D中pile樁結(jié)構(gòu)單元模擬。

表1 土體基本物理力學(xué)參數(shù)

管片襯砌與注漿層材料參數(shù)如表2所示。

表2 管片及注漿層物理力學(xué)參數(shù)

2.3 盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程模擬

對(duì)于盾構(gòu)施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬，可以采用改變材參的方法來(lái)完成[11]。管片襯砌、注漿層都是預(yù)設(shè)單元，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)，將土層材參改變?yōu)槎軜?gòu)機(jī)材參，同時(shí)沿徑向施加注漿壓力，綜合考慮刀盤面板、土艙壓力作用等因素對(duì)掘削面的作用，在掘削面施加頂進(jìn)力，同時(shí)在盾構(gòu)機(jī)后方管片上施加頂進(jìn)反力。盾尾脫出一段距離后，激活管片襯砌單元和注漿層層單元。

掘進(jìn)模擬過(guò)程中選取7組頂進(jìn)力為基本計(jì)算工況，每組計(jì)算工況內(nèi)，保持頂進(jìn)力不變，改變注漿壓力數(shù)值，實(shí)際計(jì)算工況共計(jì)49組，詳細(xì)計(jì)算工況如表3所示。

表3 詳細(xì)計(jì)算工況

掘進(jìn)模擬時(shí)，將掘進(jìn)前的狀態(tài)設(shè)為參考狀態(tài)( 第0步)，第1步至第5步為下穿前掘進(jìn)階段，掘進(jìn)距離設(shè)為3 m/步，在第5步到達(dá)上部隧道右側(cè)墻邊緣正下方；第6步至14步為下穿掘進(jìn)階段，掘進(jìn)距離設(shè)為2 m/步，其中在第10步到達(dá)上部隧道正下方，第14步剛出隧道左側(cè)墻邊緣；第15步至第20 步為穿越后掘進(jìn)階段，設(shè)為3 m/步，選取第4、10、15步掘進(jìn)完成(依次為距離上部隧道右側(cè)墻3 m，位于上部隧道正下方，距離上部隧道左側(cè)墻3 m)重點(diǎn)分析。

2.4 監(jiān)控點(diǎn)的布置

為了較為全面的監(jiān)測(cè)上部框架隧道的沉降，在上部隧道左側(cè)墻、右側(cè)墻、中隔墻底部與頂部分別布置19個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，沿新建盾構(gòu)隧道軸線兩側(cè)各布置9個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，兩相鄰監(jiān)控點(diǎn)之間距離相等，監(jiān)控點(diǎn)距離盾構(gòu)隧道軸線的最大距離為26.57 m，同時(shí)選取位于盾構(gòu)隧道軸線正上方的既有隧道橫截面ABCD分析上部隧道橫截面變形情況，監(jiān)控點(diǎn)的具體布置如圖4所示。

圖4 監(jiān)控點(diǎn)布置

3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

新建盾構(gòu)隧道下穿施工對(duì)既有隧道影響最大的區(qū)域位于空間交叉區(qū)域附近[6]，同時(shí)為了減小邊界效應(yīng)的影響，選擇監(jiān)測(cè)第4、10、15步掘進(jìn)完成時(shí)(依次為距離上部隧道右側(cè)墻3 m，位于上部隧道正下方，距離上部隧道左側(cè)墻3 m)上部既有隧道的不均勻沉降，將掘進(jìn)過(guò)程分為3個(gè)階段(盾構(gòu)到達(dá)既有隧道正下方前、穿越既有隧道正下方及穿出既有隧道后)，分析施工過(guò)程中頂進(jìn)力、注漿壓力的變化對(duì)于既有隧道的影響。

數(shù)值模擬過(guò)程中設(shè)置了兩個(gè)參數(shù)變量：注漿壓力和盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)力，為了分析某一參數(shù)對(duì)于試驗(yàn)結(jié)果的影響，采取控制變量原則。分析頂進(jìn)力對(duì)于既有隧道的影響時(shí)，選取注漿壓力為0.3 MPa保持不變，頂進(jìn)力為8 000 kN(0.233 9 MPa)、9 000 kN(0.263 2 MPa)、10 000 kN(0.292 4 MPa)、11 000 kN(0.321 6 MPa)、1 2000 kN(0.350 9 MPa)、1 3000 kN(0.380 1 MPa)、14 000 kN(0.409 4 MPa)的7組工況；分析注漿壓力對(duì)于既有隧道的影響時(shí)，選取頂進(jìn)力為12000 kN保持不變，注漿壓力為0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40 MPa的7組工況。進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，選取的監(jiān)控面為既有隧道位于盾構(gòu)隧道軸線正上方的截面ABCD(如圖4)。

3.1 盾構(gòu)到達(dá)既有隧道正下方前上部隧道不均勻沉降與變形

既有隧道位于掘削面前方時(shí)，新建隧道引起的地層損失對(duì)既有隧道的影響較小，隧道的整體沉降與側(cè)移也較小，圖5為盾構(gòu)掘進(jìn)至距上部隧道右側(cè)墻3 m時(shí)既有隧道橫截面ABCD變形圖，由圖可得，既有隧道將產(chǎn)生不均勻沉降、不均勻側(cè)移和扭轉(zhuǎn)。圖6為既有隧道不均勻沉降圖，由圖可以看出，右側(cè)墻沉降大于左側(cè)墻沉降，左右墻相對(duì)沉降說(shuō)明既有隧道沿盾構(gòu)掘進(jìn)方向發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，究其原因，右側(cè)墻距離掘削面較近，新建隧道引起的地層損失對(duì)其影響大于左側(cè)墻。盾構(gòu)隧道軸線兩側(cè)監(jiān)控點(diǎn)沉降不對(duì)稱，軸線右側(cè)監(jiān)控點(diǎn)沉降大于左側(cè)監(jiān)控點(diǎn)沉降，部分左側(cè)墻甚至發(fā)生隆起，說(shuō)明既有隧道沿自身軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

圖5 盾構(gòu)掘進(jìn)至距上部隧道右側(cè)墻3 m時(shí)橫截面變形(單位：mm)

圖6 盾構(gòu)掘進(jìn)至距右側(cè)墻3 m時(shí)既有隧道不均勻沉降

圖7為不同頂進(jìn)力工況下，上部既有框架隧道最大沉降量變化折線圖，由圖分析可得，隨著掘削面頂進(jìn)力的增大，既有隧道的沉降總體上呈增大的趨勢(shì)，同時(shí)既有隧道的側(cè)移量與扭轉(zhuǎn)幅度也亦隨之增加，頂進(jìn)力每增加1 000 kN，沉降量約增加0.35 mm，頂進(jìn)力為14 000 kN時(shí)，既有隧道沉降量最大為6.54 mm，左右墻最大沉降差為4.52 mm。

圖7 盾構(gòu)掘進(jìn)至距右側(cè)墻3 m時(shí)頂進(jìn)力-最大沉降量關(guān)系

圖8 盾構(gòu)掘進(jìn)至距右側(cè)墻3 m時(shí)注漿壓力-最大沉降量關(guān)系

圖8為上部既有隧道最大沉降量隨注漿壓力變化折線圖，由圖可見，不同注漿壓力工況下沉降量差距較小，注漿壓力每增加0.05 MPa，沉降量增加約0.08 mm，說(shuō)明盾構(gòu)掘進(jìn)至距右側(cè)墻3 m時(shí)，注漿壓力對(duì)于上部隧道的影響較小，隨著注漿壓力的增大，上部隧道不均勻沉降呈增大的趨勢(shì)，但增加的幅度較小，上部隧道的側(cè)移與扭轉(zhuǎn)亦呈增大的趨勢(shì)。

3.2 盾構(gòu)下穿既有隧道正下方階段上部隧道不均勻沉降與變形

圖9為盾構(gòu)掘進(jìn)至上部隧道正下方時(shí)既有隧道橫截面ABCD變形圖，圖10為盾構(gòu)掘進(jìn)至上部隧道正下方時(shí)既有隧道不均勻沉降圖，由圖分析可得，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至既有隧道正下方時(shí)，既有隧道不均勻沉降、不均勻側(cè)移均顯著增大，且上部隧道沿盾構(gòu)隧道軸線與既有隧道軸線兩個(gè)方向的扭轉(zhuǎn)幅度較盾構(gòu)到達(dá)正下方前增大。

圖9 盾構(gòu)掘進(jìn)至上部隧道正下方時(shí)橫截面變形(單位：mm)

圖10 盾構(gòu)掘進(jìn)至上部隧道正下方時(shí)既有隧道不均勻沉降

圖11 盾構(gòu)到達(dá)既有隧道正下方時(shí)頂進(jìn)力-最大沉降量關(guān)系

圖11為上部既有框架隧道最大沉降量隨頂進(jìn)力變化折線圖，隨著掘削面頂進(jìn)力的增加，既有隧道的最大沉降量呈減小的趨勢(shì)，究其原因，頂進(jìn)力過(guò)小，無(wú)法平衡掘削面水土壓力，致使沉降增大，增大頂進(jìn)力使沉降逐漸減小。頂進(jìn)力為8 000 kN時(shí)既有隧道最大沉降為17.87 mm，左右墻最大沉降差為8.92 mm。頂進(jìn)力為14 000 kN時(shí)，沉降量相對(duì)較小，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大沉降為15. 98 mm。

圖12為上部既有隧道最大沉降量隨注漿壓力變化折線圖，由圖可見，隨著注漿壓力的增大，既有隧道最大沉降量呈先減小趨勢(shì)，因?yàn)橥馏w壓力一定時(shí)，注漿壓力越大，則注漿體的變形越小，提高注漿壓力可有效減小既有隧道沉降。

圖12 盾構(gòu)位于既有隧道正下方時(shí)注漿壓力-最大沉降量關(guān)系

3.3 盾構(gòu)穿出既有隧道后上部隧道不均勻沉降與變形

當(dāng)盾構(gòu)穿出上部隧道一段距離后，既有隧道的總體沉降量進(jìn)一步增加并逐漸趨于穩(wěn)定，圖13與圖14為盾構(gòu)穿出上部隧道后既有隧道橫截面變形圖與不均勻沉降圖，由圖分析可得，左側(cè)墻與右側(cè)墻沉降差明顯減小，隨著掘削面的遠(yuǎn)離，既有隧道的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)逐漸消失，且出現(xiàn)了明顯的沉降槽，上部框架隧道位于盾構(gòu)隧道正上方的位置沉降最大，向兩側(cè)逐漸減小。

圖13 盾構(gòu)穿出上部隧道后既有隧道橫截面變形(單位：mm)

圖14 盾構(gòu)穿出上部隧道后既有隧道不均勻沉降

圖15為上部既有框架隧道最大沉降量隨頂進(jìn)力變化折線圖，由圖可見，既有隧道最大沉降量隨掘削面頂進(jìn)力的增加而增加，不同頂進(jìn)力工況下沉降量差距較小，說(shuō)明下穿過(guò)程中頂進(jìn)力的影響相對(duì)較小，頂進(jìn)力每增加1 000 kN，沉降量增加約0.25 mm，頂進(jìn)力為14 000 kN時(shí)，既有隧道沉降量最大為20.88 mm，左右墻最大沉降差為1.95 mm。

圖15 盾構(gòu)穿出既有隧道后頂進(jìn)力-最大沉降量關(guān)系

由圖16分析可得，不同注漿壓力工況下沉降量差距較小，說(shuō)明盾構(gòu)機(jī)穿出上部隧道后，注漿壓力對(duì)于上部隧道的影響較小。在一定的范圍內(nèi)，上部隧道不均勻沉降隨著注漿壓力的增加呈減小的趨勢(shì)，但當(dāng)注漿壓力超過(guò)一定的限度，過(guò)大的注漿壓力反而會(huì)增加既有隧道的沉降。盾構(gòu)穿出既有隧道后宜減小注漿壓力。

圖16 盾構(gòu)穿出既有隧道后注漿壓力-最大沉降量關(guān)系

4 結(jié)論及建議

通過(guò)三維有限元分析，對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)上部框架隧道的影響進(jìn)行研究，可得到如下結(jié)論與建議。

(1)盾構(gòu)隧道斜交下穿施工時(shí)，既有隧道將會(huì)發(fā)生不均勻沉降，同時(shí)沿著盾構(gòu)推進(jìn)方向和自身軸線方向發(fā)生不均勻扭轉(zhuǎn)。沉降和扭轉(zhuǎn)的最大值發(fā)生在新建隧道的正上方。其中，最大沉降發(fā)生在盾構(gòu)機(jī)通過(guò)既有隧道下方后，最大扭轉(zhuǎn)發(fā)生于掘削面位于既有隧道正下方時(shí)。

(2)盾構(gòu)到達(dá)既有隧道正下方之前，既有隧道整體沉降量較小，既有隧道沿盾構(gòu)掘進(jìn)方向與自身軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn)，此時(shí)頂進(jìn)力的影響較大，不均勻沉降與扭轉(zhuǎn)隨頂進(jìn)力增大而增大，注漿壓力的影響則相對(duì)較小，不均勻沉降和扭轉(zhuǎn)隨注漿壓力的增大而增大。

(3)盾構(gòu)下穿既有隧道正下方階段，既有隧道不均勻沉降與扭轉(zhuǎn)幅度進(jìn)一步增加，隨著掘削面頂進(jìn)力的增加，既有隧道的最大沉降量呈減小的趨勢(shì)；注漿壓力的影響相對(duì)較大，在一定的范圍內(nèi)，上部隧道不均勻沉降隨著注漿壓力的增加呈減小的趨勢(shì)，但過(guò)大的注漿壓力不利于減小沉降。

(4)當(dāng)盾構(gòu)穿出上部隧道一段距離后，既有隧道的總體沉降量進(jìn)一步增加并逐漸趨于穩(wěn)定，同時(shí)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)逐漸消失，此時(shí)頂進(jìn)力與注漿壓力的影響均較小，沉降隨頂進(jìn)力增大而增大，一定范圍內(nèi)隨注漿壓力的增大而減小。

(5)盾構(gòu)斜交下穿既有框架隧道，為防止上部隧道產(chǎn)生較大沉降及變形，需隨著盾構(gòu)與既有隧道位置關(guān)系的改變，及時(shí)調(diào)整各項(xiàng)施工技術(shù)參數(shù)，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果分析，并結(jié)合實(shí)際施工中盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)選取經(jīng)驗(yàn)，給出建議如下：盾構(gòu)未到達(dá)既有隧道正下方前，適宜的頂進(jìn)力為10 000～11 000 kN，注漿壓力宜選取0.2～0.3 MPa；盾構(gòu)掘進(jìn)至既有隧道正下方時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加頂進(jìn)力與注漿壓力，建議采用12 000～13 000 kN頂進(jìn)力，0.3～0.35 MPa注漿壓力。盾構(gòu)穿出既有隧道后，頂進(jìn)力與注漿壓力應(yīng)適當(dāng)減小，建議選用的頂進(jìn)力為11 000～12 000 kN，注漿壓力值為0.25～0.3 MPa.

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Numerical Simulation of Oblique Subway Shield Tunneling Undercrossing Existing Frame Tunnel

GUO Jian-ning, YANG Zhi-hao, XU Chen, FANG Yong

(MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

New shield tunnels are often undercrossing existing tunnels. To study the influence of new shield tunnel construction on existing frame tunnel with reference to Ningbo Metro Line 1 Century Avenue Station-Haiyan North Road Station tunnel undercrossing shallow municipal highway tunnel, this paper applies three-dimensional finite element numerical analysis to study the effects of jacking force, grouting pressure on the upper frame tunnel settlement, lateral displacement and torsion in three undercrossing stages (to reach the existing tunnel, to pass through the existing tunnel and to come out of the existing tunnel). The results show that: both before and after the shield piercing below the existing tunnel, the magnitude of settlement and the reverse within a certain range increases with the increase in jacking force and grouting pressure; when shield just piercing below the existing tunnel, the magnitude of settlement and reverse within a certain range decreases with the increase in jacking force and grouting pressure. Thus, it is recommended to timely adjust the technical parameters of shield with the change of shield positional relationship with the existing tunnel, and to reduce the impact on the upper tunnel for a smooth shield construction.

Subway; Shield; Frame tunnel; Settlement; Torsion; Jacking force; Grouting pressure

2014-11-08；

2014-12-12

國(guó)家自然科學(xué)基金(51278422)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAG05B03)；四川省青年科技基金(2012JQ0021)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金( SWJTU11ZT33)

方 勇(1981—)，男，副教授，博士，主要從事隧道及地下工程方面的研究，E-mail：fy980220@swjtu.cn。

1004-2954(2015)08-0112-06

U455.43

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.08.024