新建地铁隧道下穿既有隧道的结构影响分析

2010-09-12刘斌

四川建筑 2010年3期

刘斌

(中铁十七局集团第六工程有限公司,福建福州 350014)

1 工程概况

某新建地铁 4号线左线以斜交方式从地铁 2号线下方通过,两者之间的平面关系见图 1,4号线右线在下穿 2号线时,4号线隧顶与 2号线隧底之间净距为 3 m,4号线左线以19°3′的角度上穿 2号线左右线。 4号线隧道掘进时会对交叉隧道产生不利影响,有必要对下穿过程进行施工过程模拟,以保证隧道结构安全。

2 数值建模

建模过程中,混凝土管片采用壳体单元,土体三维实体单元模拟,材料参数见表 1。模型上边界为地面,左、右、下边界满足与隧道净距均大于 3D要求,综合考虑后其长宽高分别为 90m×60m×50m。该处地层分别为素填土、卵石土、卵石土(中密)。

盾构施工是一个相当复杂的过程,包括刀盘掘削土体、盾构机推进、管片拼装及盾尾注浆等,它们对周围地层的影响可以采用应力释放的方法来模拟。隧道模拟过程主要分为两步:第一步,杀死开挖的土体单元,并对开挖轮廓线上的地层进行应力释放,应力释放为 30%;第二步,在保持顶进压力不变的同时,完成剩余应力的释放,并激活管片衬砌。隧道每开挖 4.5 m为一步,共 20个开挖步。

3 计算结果分析

3.1 对周围地层影响

图 2为隧道开挖后整个周边地层的竖向位移,从图中可以看出,4号线开挖,对周边的地层以隆起为主,在 4号线隧道开挖面底部,具有最大的隆起,最大位移达到 2.4 cm;图 3为 2隧道斜交处断面处位移云图,图 4、图 5分别是该断面处上、中、下三处的位移随开挖过程中的曲线图,可以看出,隧道开挖过程中,2号线隧道上方和 2号线隧道下方的位移产生隆起现象,两隧道自己的围岩,在开挖到该断面前隆起,开挖后产生沉降,并随着开挖进程土体隆起。

从计算结果分析,4号线开挖,对周边的地层影响较小,对地表的影响主要是隆起的影响,其值最大为 4 m m,在实际施工中可以根据现场情况作一些施工措施。在下穿施工通过 2号线时,可对既有 2号线隧道周边地层作注浆加固处理,其范围主要为 2号线和 4号线之间地层,纵向范围前后30 m,横向为左右 15 m。